Теоретические основы технологии очистки природных и сточных вод Природные воды и их характеристика Природная вода – это сложная многокомпонентная система, в состав которой входят минеральные вещества, газы, коллоидные и крупнодисперсные частицы, а также микроорганизмы. Природные воды по величине минерализации бывают следующие: - ультрапресные – до 0,2 г/л; - пресные – 0,2-0,5 г/л; - слабоминерализованные – 0,5-1,0 г/л; - солёные – 3-10 г/л; - с повышенной солёностью – 10-35 г/л; - переходные к рассолам – 35-50 г/л; - рассолы – более 50 г/л. К макрокомпонентам природной воды относят Ca, Mg, Na, K, Fe, Si, C, S, N. Редкие и рудные элементы, например, B, Li, Rb, Cu, Zn, Bi, Be, W, U, Br, I, и др. относятся к микрокомпонентам природной воды. Основные газы, содержащиеся в природной воде и характерные как для поверхностных, так и для глубинных условий – это CО2, О2, N2. Более типичны для подземных вод и для вод вулканически активных областей СН4, СО, Н. В зависимости от назначения потребляемая вода условно подразделяется на промышленную и питьевую и в каждой содержание примесей должно соответствовать ГОСТу. Водные ресурсы Общие запасы воды на Земле примерно 1,5 млрд. км3, но 96,5% водных ресурсов планеты приходится на соленые воды Мирового океана и 1% — на соленые подземные воды. Пресная вода составляет всего 2,5% общего объема гидросферы, в которые включены практически не используемые полярные льды. Значит, в распоряжении человечества остается лишь 0,3% общего количества воды на земле. Главный источник пресной воды - это реки, чьи годовые ресурсы составляют 47 тыс. км3, а реально использовать можно менее половины этого количества. Главным потребителем воды в мире является сельское хозяйство (69%), затем идут промышленность (21%), коммунальное хозяйство (6%) и водохранилища. Считается, что именно недостаток воды, а не обрабатываемых земель, является причиной нехватки продуктов питания во многих развивающихся странах. В засушливых регионах живут более 1 млрд людей. Городское водопотребление в среднем Оценивается в 450 л/сутки на одного человека, из которых 50% идет на хозяйственнопитьевые, 20% на коммунальнобытовые и 30% на производственные нужды. Классификация природных вод Качество воды - это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды, определяющее ее пригодность для конкретных видов водопользования, в зависимости от назначения воды и особенностей технологического процесса. К питьевой относят воду, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсичных химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения, регулируемых соответствующим стандартом. Классификации природных вод по химическому составу основываются на самых различных признаках: концентрации преобладающего компонента или их групп, соотношении между концентрациями разных ионов, наличии повышенных концентраций каких-либо специфических компонентов, минерализации. По преобладающему аниону природные воды делятся на три класса: 1) гидрокарбонатные и карбонатные; 2) сульфатные; 3) хлоридные. Антропогенное загрязнение природных вод Гидросфера Земли загрязняется и этот процесс происходит с нарастающей скоростью. При прохождении через гидрологический цикл вода загрязняется взвешенными и растворенными веществами, причем как природными компонентами, так и отходами человеческой деятельности. Источники загрязнения вод делятся на четыре большие группы. 1. Производственные или промышленные сточные воды, использованные в технологическом процессе производства или получающиеся при добыче полезных ископаемых. 2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки. 3. Атмосферные воды - дождевые и от таяния снега, несущие массы вымываемых из воздуха загрязнителей промышленного происхождения. 4. Сточные воды сельскохозяйственных предприятий, включающие канализационные воды и смывы с полей удобрений и пестицидов. Количество загрязненных сточных вод во всем мире достигает 250 - 300 млрд. м3 в год. Четкая классификация промышленных стоков затруднена из-за разнообразия загрязнений в них. Две основные группы сточных вод - это содержащие органические вещества и содержащие неорганические примеси. К первой группе относятся сточные воды нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, предприятий органического синтеза и синтетического каучука, коксохимических, газосланцевых и др. Они содержат нефть и нефтепродукты, углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, поверхностно-активные вещества, фенолы, смолы, аммиак, сероводород и др. Ко второй группе относятся сточные воды содовых, сернокислотных, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд, шахт, рудников, металлургических предприятий, гальванических производств и др. Они содержат кислоты, щелочи, соли, сернистые соединения, ионы тяжелых металлов, взвешенные минеральные вещества и проч. Промышленные сточные воды классифицируют также по дисперсионному составу загрязняющего вещества. В соответствии с этой классификацией выделяют четыре группы сточных вод: - содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц более 10-5 - 10-4 м; - представляющие собой коллоидные растворы; - содержащие растворенные газы и молекулярно-растворимые вещества; - содержащие вещества, диссоциирующие на ионы. Для каждой группы предлагаются определенные методы очистки сточных вод. Поступающие в реки, озера, водохранилища и моря загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. Водоемы способны к самоочищению путем биохимического распада органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищающая способность также зависит от запаса растворенного кислорода, гидродинамических и биохимических процессов, солнечной радиации, жизнедеятельности растительных и животных организмов и др. Эти процессы интенсифицируются летом, замедляются зимой и зависят от кратности разбавления сточных вод. Большой вред приносят смываемые с полей, орошаемых массивов, лесных почв пестициды, которые не поддаются биологическому распаду и сохраняются на протяжении многих лет в пресной и морской воде. Они вызывают гибель обитателей водоемов на ранних стадиях развития, различные мутации и вырождение особей. Особенно опасны хлорорганические пестициды. Сточные воды металлургических, химических, машиностроительных и других предприятий загрязняют водоемы солями тяжелых металлов, травильными растворами, железом, цинком и другими неорганическими веществами, многие из которых являются сильнейшими ядами. Тяжелые металлы (Pb, Hg, Zn, Cu, Cd, Ni, Co, Sn, Cr) и другие токсичные вещества прогрессивно накапливаются в пищевых цепях, конечным звеном которых является человек. Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. Особым видом загрязнения водоемов является «тепловое» загрязнение, вызываемое сбросом в них подогретой воды, используемой для охлаждения турбин ТЭЦ и других целей. Вследствие этого температура у мест сброса на большой площади повышается на несколько градусов, что приводит к гибели растительного и животного мира. Серьезную угрозу для гидросферы таит в себе все возрастающее загрязнение Мирового океана нефтью. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 квадратных километров водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды между атмосферой и гидросферой. Загрязнение нефтью вызывает массовую гибель птиц и морских млекопитающих (каланов, морских котиков и др.). Влияние на экосистемы выражается в изменении видового состава сообщества, снижении численности водных организмов, гибели растительности. Длительность загрязнения нефтью береговой зоны зависит от геологических особенностей строения берега и может сохраняться более 10 лет. Кроме нефти и вредных веществ, приносимых в Мировой океан загрязненными реками, большое количество их поступает из атмосферы. Ежегодно выпадает до 200 тысяч тонн свинца, 1 миллионов тонн углеводородов, 5 тысяч тонн ртути. Около половины пестицидов попадает в океан из атмосферы. На качество поверхностных вод сильно влияют климатические и геологические факторы. Основной климатический фактор – частота, количество осадков, экологическая загрязненность региона. В осадках содержится определенное количество нерастворенных частиц – частички пыль, пепел, пыльца, бактерии, споры различных организмов, микроорганизмы. Человечество уже достаточно давно столкнулось с необходимостью очистки и обезвреживания воды. Вначале речь шла только о питьевой воде, позднее, с развитием промышленности, стало ясно, что нельзя дальше безнаказанно сбрасывать в водоемы сточные воды. В зависимости от объекта применения все методы обработки воды можно разделить на две большие группы: очистка природных вод и очистка сточных вод. Тем не менее, и та, и другая группа включает в себя методы, основанные на одних и тех же принципах: фильтрование, коагуляцию, реагентные, ионнобменные, мембранные методы и т.п. Поэтому более обоснованным представляется деление на три большие группы в зависимости от принципа очистки: механические, физикохимические и биологические методы. Оптимальным решением для промышленных сточных вод является создание системы замкнутого водооборота, однако, к сожалению, на данном этапе развития науки и техники, это не всегда возможно.
