Экологическое состояние водных объектов Кировской области

 

По территории Кировской области протекает 18 средних рек, всего водотоков - 19753. Общая протяженность рек составляет около 66650 км, из них 85% приходится на водотоки длиной до 50 км.

Озер в области немногим более тысячи. Общая их площадь 14812 га. Насчитывается 768 прудов, крупнейшие из которых Белохолуницкий и Омутнинский.

Болота области занимают площадь 152 тыс. га.

В северных районах области ведутся лесозаготовки, лесосплав, что обуславливает повышенный уровень загрязнения вод фенолами и нефтепродуктами.

Основная часть загрязняющих веществ (фенолы, нефтепродукты, биогенные элементы, металлы, пестициды и т.д.) сбрасывается в центральных и южных районах области, особенно в центральной индустриальной части городами Кировом, Кирово-Чепецком, Слободским.

Наибольшую антропогенную нагрузку несет р.Вятка, вода в которой относится к классу загрязненных вод. Приоритетными среди загрязняющих р.Вятку веществ являются:

а) нефтепродукты (среднегодовое содержание 5...8 ПДК);

б) медь (1,6 ПДК);

в) фенолы (1...3 ПДК).

 

Условия выпуска сточных вод в водоемы

 

Условия выпуска сточных вод в поверхностные водоемы определяются их хозяйственной значимостью и характером водопользования. Контроль за выпуском осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями. К основным регламентирующим документам относятся:

а) «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»;

б) «Правила санитарной охраны прибрежных районов морей».

Перед сбросом в водоем смесь бытовых и производственных сточных вод должна пройти очистку на единых очистных сооружениях, куда бытовые и промышленные стоки подаются через водоотводящую сеть (систему канализации).

В связи с тем, что в промышленных стоках содержатся специфические загрязнения и компоненты, их сброс в систему канализации (канализационные коллекторы) регламентирован «Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов».

Основными ограничениями на сброс промышленных стоков в водоотводящую сеть (городской канализационный коллектор) являются:

¨ превышение установленных для данного предприятия расходов и концентраций загрязняющих веществ;

¨ присутствие веществ, отлагающихся на стенках трубопроводов и засоряющих или разрушающих их;

¨ наличие в стоках горючих и растворенных газообразных веществ, которые могут вызвать взрыв;

¨ наличие веществ, токсичных для микрофлоры очистных сооружений;

¨ повышенная температура (более 40 ⁰С);

¨ рН вне пределов 6,5...9,0;

¨ опасность нарушения работы сетей, насосных станций, сооружений.

Если сточные воды предприятия не соответствуют приведенным ограничениям, то перед сбросом в водоотводящую сеть их обрабатывают на локальных очистных сооружениях.

В некоторых случаях очищенные производственные стоки самостоятельно сбрасываются в приемник, минуя городскую систему водоотведения (городской коллектор).

Требуемая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, рассчитывается на основе данных об их количестве и составе.

Перед сбросом воды в водоем после ее очистки на очистных сооружениях определяются:

- количество взвешенных веществ;

- величина БПК в смеси речной воды и стоков;

- количество потребляемого сточными водами растворенного кислорода;

- температура воды;

- окраска и запах воды;

- солевой состав;

- концентрации токсичных примесей и других вредных веществ.

 

Мероприятия по сохранению и восстановлению чистоты

Водоемов

 

Мероприятия по сохранению чистоты водоемов и водотоков осуществляют с учетом их загрязненности.

Водоемы и водотоки считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в них изменились под влиянием производственной и непроизводственной деятельности, и вода стала полностью или частично непригодной для одного из видов водопользования.

Для сохранения чистоты поверхностных вод проводятся следующие мероприятия:

1) обеспечение полной биологической очистки коммунально-бытовых и промышленных стоков;

2) совершенствование технологических процессов с целью сокращения количества сточных вод и снижения их загрязнения;

3) разработка и внедрение маловодных и безводных технологий;

4) внедрение оборотного водоснабжения и расширение повторного использования очищенных сточных вод;

5) обеспечение надлежащего разбавления производственных и коммунально-бытовых стоков;

6) рациональное использование удобрений и пестицидов.

Создание оборотных систем водоснабжения промышленных предприятий - наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды из водоемов. Схемы оборотного водоснабжения представлены на рис. 21.

Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10...50 раз уменьшить потребление природной воды и соответственно уменьшить объем промышленных сточных вод.

Для предотвращения попадания удобрений в водные объекты необходимо:

1 - соблюдать сроки и нормы их внесения;

2 - вносить удобрения с оросительной водой, что уменьшает их дозу до 50%;

3 - применять концентрированные, устойчивые к вымыванию удобрения;

4 - не допускать хранения удобрений под открытым небом.

Для ограничения поступления в водные объекты пестицидов предусматривают следующие мероприятия:

1 - ограничение использования стойких препаратов;

2 - применение очаговой, ленточной или краевой обработки вместо сплошной

(расход пестицидов снижается в несколько раз);

3 - замена пестицидов биологическими методами защиты растений.

 

 

Производство Производство Производство

Охлаж- Насос- Очистка Очистка

дение ная сточной сточной

воды станция воды воды

Добавоч- Насосная Насосная

ная вода станция станция

Добавоч- Добавоч-

ная вода ная вода

 

Охлаждение

воды

 

Рис. 21. Схемы оборотного водоснабжения предприятий

 

 

Основные мероприятия по охране подземных вод делятся на:

1) профилактические (контроль за качеством подземных вод, надежное в санитарном отношении устройство водозаборов подземных вод и т.д.);

2) локальные (ограничивающие продвижение загрязнений по водоносному пласту от очага загрязнения);

3) восстановительные (имеющие целью ликвидировать загрязнение водоносного горизонта и восстановить природное качество подземных вод).

Улучшению качества природных вод способствуют два фактора:

1 - возможность их самоочищения;

2 - деятельность водных растений.

Процессы самоочищения природных вод происходят под влиянием солнечной радиации, деятельности микроорганизмов, других факторов. Наиболее интенсивно они протекают летом.

Самоочищение загрязненных природных вод происходит при многократном (1:7...1:12) разбавлении их чистой водой.

В замкнутых водоемах и подземных водах эти процессы протекают очень медленно. Полное самоочищение воды Мирового океана происходит только через 2600 лет, подземных вод - через 5000 лет.

Процессы самоочищения воды протекают и в результате насыщения ее кислородом. Под влиянием растворенного кислорода происходит окисление органических веществ и выпадение их на дно водоемов в виде минерального осадка. Наиболее интенсивно вода насыщается кислородом из воздуха на реках с быстрым течением и в водоемах при сильных ветровых волнениях. Этому способствует и жизнедеятельность высших водных растений.

Водные растения улучшают качество воды также и за счет поглощения ряда растворенных и диспергированных в ней веществ. Так, один гектар тростниковых зарослей за сезон поглощает до 5...6 тонн присутствующих в сточных водах балластных и токсичных солей; в его зарослях задерживаются также всевозможные растительные и животные волокна, жировые и нефтяные эмульсии, хлопья коллоидов и т.д.

Вода морей остается достаточно чистой благодаря водной растительности и многочисленным живым организмам - моллюскам, ракообразным и т.д. Поселения этих организмов, расположенные на 1 кв. м, фильтруют в сутки более 200 тонн воды, освобождая ее от загрязнений.

Очищающую способность водных растений используют для очистки сточных вод промышленных предприятий. Для этого создают специальные водные бассейны с тростником или другой болотной и приболотной растительностью.

При дефиците в воде растворенного кислорода процессы самоочищения резко сокращаются. Интенсифицировать процессы самоочищения воды позволяет искусственная аэрация, которую осуществляют следующими устройствами и способами:

Ø барботажным аэратором - воздуходувкой с горизонтальной трубой, расположенной на глубине до 1 м, с отверстиями диаметром 1,5 мм. Выходящий через отверстия воздух при движении к поверхности отдает часть кислорода воде;

Ø механическим заглубленным аэратором - системой расположенных на понтонах вращающихся труб, заглубленных до 1 м;

Ø механическим поверхностным аэратором - системой, разбрызгивающей воду в воздушном пространстве над водоемом;

Ø водосливом через плотины в виде свободно падающего потока;

Ø впуском воздуха в зону разрежения отсасывающих труб гидротурбины.

Для защиты водных объектов от неорганизованного стока создают прибрежные водоохранные зоны, позволяющие максимально перевести поверхностный сток в подземный. В прибрежных водоохранных зонах предусматривают лесные полосы для перехвата и перераспределения поверхностного стока, укрепления берегов и частичного извлечения минеральных солей, задержания эрозированной почвы и химических препаратов. Число и вид лесных полос определяются климатическими, топографическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями.

 

Вопросы охраны водных ресурсов при проектировании

 

При решении задач планировки того или иного района учитывается необходимость охраны основных природных компонентов - воды, атмосферного воздуха, почвенно-расти-тельного покрова.

В соответствии с намечаемыми масштабами развития водного хозяйства и роста населения района при проектировании выполняют ряд мероприятий, способствующих оздоровлению и охране водного бассейна:

1) анализ состояния поверхностных и подземных вод, выявление наиболее неблагоприятных участков территории, водотоков, отдельных предприятий, являющихся главными источниками загрязнения водного бассейна;

2) прогноз состояния водного бассейна с учетом масштабов развития района;

3) разработка системы мероприятий по охране поверхностных и подземных вод от загрязнения их промышленностью, сельским хозяйством, коммунальным сектором (см. предыдущий параграф).

Анализ состояния поверхностных и подземных вод включает оценку потенциальной опасности их загрязнения, которая зависит от скорости течения, температуры воды, экспозиции склона - для поверхностных вод, и от наличия и качества покрывающего слоя - для подземных вод (мощный и плотный покрывающий слой надежно защищает водоносный горизонт от проникновения загрязнений).

Прогнозирование состояния поверхностных и подземных вод ведется применительно к трем возможным уровням:

1 - при сохранении современных тенденций загрязнения;

2 - с учетом новейших достижений в технологии производства и очистке сточных вод;

3 - исходя из возможности внедрения оборотного водоснабжения и возможно более

полной очистки сточных вод.

 

Очистка сточных вод

 

Для создания оборотных систем водоснабжения, достижения допустимой по нормам ПДС концентрации загрязнений промышленные сточные воды подвергаются очистке. Требуемое качество очистки достигается использованием механических, химических, физико-хими-ческих, биологических, термических методов.

Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные.

Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ.

При деструктивных методах вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса производятся с учетом следующих факторов:

q санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству очищенных вод с учетом дальнейшего их использования;

q количества сточных вод;

q наличия у предприятия необходимых энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электроэнергия, реагенты и т.д.), а также необходимой площади для сооружения очистных установок;

q требуемой эффективности процесса обезвреживания.

Очистка сточных вод от нерастворимых загрязнений (суспензий, эмульсий) может предусматривать:

1) удаление грубодисперсных примесей:

· отстаиванием;

· фильтрацией;

· флотацией;

· центробежным фильтрованием и отстаиванием;

2) удаление мелкодисперсных примесей:

· коагуляцией;

· флокуляцией;

· электрокоагуляцией;

· электрофлотацией.

Растворимые примеси выделяются из сточных вод следующими методами:

1) минеральные примеси:

· дистилляцией;

· ионным обменом;

· обратным осмосом;

· электродиализом;

· вымораживанием;

· реагентными методами;

2) органические примеси:

· экстракцией;

· ректификацией;

· адсорбцией;

· обратным осмосом и ультрафильтрацией;

· биохимическими методами;

· методами жидкофазного, парофазного, электрохимического и радиационного окисления;

3) растворенные газы:

· отводкой;

· нагревом;

· реагентными методами.

Для удаления и устранения как нерастворимых, так и растворимых примесей как вынужденная мера используются:

· закачка в скважины и в глубины морей;

· захоронение;

· термическое уничтожение.

Отстаивание применяют для осаждения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.

Простейшие песколовки - резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением глубиной до 1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с.

Отстойники по конструктивному исполнению делятся на горизонтальные, вертикальные, радиальные, трубчатые, с наклонными пластинами. Схема простейшего горизонтального отстойника показана на рис. 22.

 

Сточная 1 3 Очищенная вода

вода 2 1- входной лоток;

2- отстойная камера;

3- выходной лоток;

4 4- приямок.

 

Шлам

 

Рис. 22. Горизонтальный отстойник

 

Осветлители применяют для очистки природных вод и для предварительного осветления сточных вод некоторых производств. Используют, в частности, осветлители со взвешенным слоем осадка, через который пропускают воду, предварительно обработанную коагулянтом.

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодиспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение производят при помощи пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу. Процесс идет под действием:

а) гидростатического давления столба жидкости;

б) повышенного давления перед перегородкой;

в) вакуума после перегородки.

Схема фильтровального устройства:

 

Р₁

Суспензия

Осадок

Фильтровальная

Р₂ перегородка

Фильтрат

 

 

Рис. 23. Распределение слоев жидкости в фильтре

 

Процесс фильтрации может осуществляться:

а) при постоянной разности давлений перед и после фильтровальной перегородки; при этом скорость процесса уменьшается в связи с увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины;

б) при постоянной скорости фильтрации; при этом вследствие увеличивающегося сопротивления слоя осадка увеличивается разность давлений до и после перегородки;

в) при переменных значениях скорости фильтрации и разности давлений.

В настоящее время применяются следующие фильтровальные аппараты:

1 - фильтры с перегородками из металлических перфорированных листов (сеток) или тканей;

2 - фильтры с зернистым слоем (медленные и скоростные);

3 - микрофильтры (с сетками с отверстиями диаметром от 40 до 70 мкм);

4 - магнитные фильтры для удаления мелких ферромагнитных частиц.

Простейший скоростной контактный фильтр выглядит следующим образом (рис. 24):

 

 

1 2

Промывная 3

вода

1- корпус;

Коагулянт 2- система удаления промыв-

6 ных вод;

Сточная 3- система подачи сточных

вода 5 вод;

4- система подачи промывных

Очищенная вода 4 вод;

5- пористый дренаж;

Промывная вода 6- фильтрующий материал.

 

Рис. 24. Схема скоростного контактного фильтра

Сточную воду подают внутрь фильтра, где она проходит через фильтрующий материал и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего материала проводят его промывку подачей промывных вод снизу вверх.

Дренажное устройство выполняют из пористобетонных сборных плит. На нем размещают 2 - 4 слоя фильтрующего материала одного гранулометрического состава.

Общая высота слоя загрузки равняется 1,5 - 2 метрам. Скорость фильтрования 12...20 м/ч.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются. Описание элементарного процесса давалось в главе 6. Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:

а) с выделением воздуха из растворов (созданием пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости);

б) с механическим диспергированием воздуха в сточную воду (с помощью вращающихся у дна аппарата турбинок-импеллеров в виде дисков с обращенными вверх лопатками, на которые подается поток воздуха);

в) с подачей воздуха через пористые материалы (рис. 25).

Сточная вода в устройство, изображенное на рисунке 25, подается сверху, а воздух в виде пузырьков - через пористые колпачки. Образующаяся пена с твердыми частицами переливается в кольцевой желоб и удаляется из него. Осветленную воду выводят через регулятор уровня.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, селективность выделения примесей.

 

 

Шлам Очищенная вода

3 4

1 - флотационная камера;

Сточная 2 - пористые колпачки;

вода 3 - желоб;

4 - регулятор уровня

2

 

Рис. 25. Схема флотационной установки

 

Центробежное фильтрование осуществляется вращением суспензии в перфорированном барабане, обтянутом сеткой или фильтровальной тканью. Осадок остается на стенках барабана. Его удаляют вручную или с помощью специального ножевого съема. Центробежное фильтрование наиболее эффективно в тех случаях, когда требуется получить продукт с наименьшей влажностью и требуется промывка осадка.

Для обеспечения процесса используются фильтрующие центрифуги: периодического и непрерывного действия; горизонтальные, вертикальные и наклонные.

Центробежное отстаивание складывается из двух стадий:

а) осаждение твердых частиц на внутренних стенках вращающегося ротора;

б) уплотнение образовавшегося осадка.

Аппараты - отстойные центрифуги.

Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц размером 1...100 мкм. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести.

Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Поскольку коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия (сульфат алюминия Al₂(SO4)₃·18H₂O), соли железа (сульфат железа, например, Fe₂(SO4)₃·2H₂O), или их смеси.

Флокуляция - это процесс укрупнения взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений (флокулянтов). В отличие от коагуляции при флокуляции укрупнение частиц происходит не только при непосредственном их контакте, но и в результате взаимодействия концентрирующихся на их поверхностях молекул флокулянта.

К природным флокулянтам относятся крахмал, эфиры, целлюлозы, активный диоксид кремния xSiO₂·yH₂O. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение имеет полиакриламид (ПАА).

Использование флокулянтов позволяет интенсифицировать процесс коагуляции.

Процесс очистки сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий:

1) дозирование и смешение реагентов со сточной водой;

2) хлопьеобразование;

3) осаждение хлопьев.

Технологическая схема очистки сточных вод коагуляцией изображена на рис. 26.

 

 

Коагулянт

Вода 2 3 4

 

1

Сточная вода Очищенная

вода

Осадок

 

Рис. 26. Схема установки для очистки вод коагуляцией:

1 - емкость для приготовления раствора; 2 - дозатор;

3 - смеситель; 4 - камера хлопьеобразования; 5 - отстойник

 

Электрокоагуляция - коагуляция при прохождении сточной воды в электрическом поле через межэлектродное пространство. В этом случае проводится электролиз сточной воды с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Под действием электрического тока происходит растворение металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия. Встречаясь с гидроксильными группами, катионы образуют гидроксилы металлов в виде хлопьев, и начинается интенсивная коагуляция.

Достоинства метода: компактность установок и простота управления, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки. Недостатком является повышенный расход металла (на электродах) и электроэнергии.

 

NaCl для увеличения Н₂О

электропроводности +

сточной воды -

2 3

Сточная вода

4

1

 

Очищенная

5 вода

Осадок 6

 

Рис. 27. Схема электрокоагуляционной установки:

1 - усреднитель; 2 - блок для приготовления раствора;3 - источник постоянного тока;

4 - электрокоагулятор; 5 - отстойник; 6 - аппарат для обезвоживания осадка

 

 

Электрофлотация - очистка сточных вод от взвешенных частиц при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, на катоде - водорода.

Схема однокамерной электрофлотационной установки для небольшого расхода сточных вод имеет следующий вид (рис. 28):

 

 

Шлам

 

1 Очищенная 1- корпус;

вода 2- электроды.

Сточная вода 2

 

Осадок

 

 

Рис. 28. Схема электрофлотационной установки

 

Дистилляция - процесс испарения жидкости с ее поверхности. Он осуществляется при наличии близкорасположенных поверхностей испарения и конденсации. Молекулярнаядистилляция осуществляется при отсутствии кипения жидкости.