Очистка сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

АННОТАЦИЯ

THE SUMMARY

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМЫ ВОДЫ

2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ

2.1 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД

2.2 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

2.3 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

3. ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

3.1 ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖНИЙ

3.2 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГОРОДА И СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ

3.3 СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИХ ОЧИСТКИ

3.3.1 ВЫПУСК СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ

4. ЦЕЛИ ПО ЭКОЛОГИИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список используемой литературы

АННОТАЦИЯ

Вода - ценнейший природный ресурс. Она играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой.

Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Много воды потребляют химическая и целлюлозно-бумажная промышленность, черная и цветная металлургия. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Значительное кол-во воды расходуется для потребностей отрасли животноводства, а также на бытовые потребности населения. Большая часть воды после ее использования для хозяйственно-бытовых нужд возвращается в реки в виде сточных вод.

Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы. На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.

Данная курсовая работа посвящена глобальной экологической проблеме-загрязнению воды. Я рассматриваю проблемы, пути и методы решения загрязнения воды.

THE SUMMARY

Water - the most valuable natural resources. She plays an exclusive role in the processes of a metabolism making a basis of life. Water has huge value in industrial and agricultural production. Its necessity for household requirements of the person, all plants and animals is well-known. For many live beings it serves as inhabitancy.

Growth of cities, rapid development of the industry, intensification of agriculture, considerable expansion of the areas of the irrigated earths, improvement of cultural and community conditions and a number of other factors complicates problems of maintenance with water more and more.

Requirements for water are huge and annually increase. The annual expense of water on globe by all kinds of water supply makes 3300-3500 км3. Thus 70 % of all water consumption are used in agriculture. A lot of waters consume chemical and pulp and paper industry, black and nonferrous metallurgy. Development of power also leads to sharp increase in requirement for water. The considerable quantity of water is spent for requirements of branch of animal industries, and also for household requirements of the population. The most part of water after its use for economic-household needs comes back in the rivers in the form of sewage.

Deficiency of fresh water already now becomes a world problem. More and more increasing requirements of the industry and agriculture for water force all countries, scientific world to search for various means for the decision of this problem. At the present stage such directions of rational use of water resources are defined: fuller use and the expanded reproduction of resources of fresh waters; working out of the new technological processes, allowing to prevent pollution of reservoirs and to reduce to a minimum consumption of fresh water.

The given term paper is devoted a global ecological problem-pollution of water. I consider problems, ways and methods of the decision of pollution of water.

ВВЕДЕНИЕ

20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приняло глобальный характер.

Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано, прежде всего, с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов.

Охрана окружающей среды представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются, в частности, инженерно-технические работники практически всех специальностей, которые связаны с хозяйственной деятельностью в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые могут являться источником загрязнения в основном воздушной и водной среды.

Из актуальности следует цель данной курсовой работы - выявить проблему загрязнения вод и методы решения данной проблемы.

Задачи:

1.Изучить проблемы, связанные с водой

2.Выявить способы загрязнения воды

3.Узнать, что такое сточные воды и методы очистки сточных вод

1. ПРОБЛЕМЫ ВОДЫ

Запасы пресной воды представляют собой единый ресурс. Рассчитанное на длительную перспективу освоение мировых ресурсов пресной воды требует целостного подхода к использованию этих ресурсов и признания взаимозависимости между элементами, составляющими запасы пресной воды и определяющими ее качество.

В мире существует мало регионов, не затронутых проблемами потери потенциальных источников снабжения пресной водой, ухудшения качества воды и загрязнения поверхностных и подземных источников. Основные проблемы, отрицательно влияющие на качество воды рек и озер, возникают в зависимости от обстоятельств, с разной степенью остроты в результате несоответствующей очистки бытовых сточных вод, слабого контроля за сбросом промышленных сточных вод, утраты и разрушения водосборных площадей, нерационального размещения промышленных предприятий, обезлесения, бесконтрольной залежной системы земледелия и нерациональных методов ведения сельского хозяйства. Это приводит к вымыванию питательных веществ и пестицидов. Нарушается естественный баланс водных экосистем, и возникает угроза для живых пресноводных ресурсов.

В различных обстоятельствах на водные экосистемы влияют также проекты освоения водных ресурсов в целях развития сельского хозяйства, такие, как плотины, схемы переброски речных стоков, водохозяйственные сооружения и ирригационные проекты. Эрозия, заиление, обезлесение и опустынивание приводят к возрастанию деградации земель, а создание водохранилищ в некоторых случаях отрицательно сказывается на экосистемах. Многие из этих проблем возникают вследствие экологически разрушительных моделей развития и отсутствия понимания проблем общественностью и соответствующих знаний об охране ресурсов поверхностных и подземных вод.

Степень воздействия на окружающую среду и здоровье человека поддается измерению, хотя во многих странах методы осуществления такого контроля являются весьма неадекватными или вообще не разработаны. Широко распространено недопонимание взаимосвязей между освоением, управлением, рациональным использованием и очисткой водных ресурсов и водными экосистемами. Там, где это возможно, исключительно важно осуществлять профилактические меры, с тем чтобы избежать впоследствии дорогостоящих мероприятий по восстановлению, очистке и освоению новых водных ресурсов.

В большинстве случаев вода, поступающая из скважины, а зачастую и из муниципальной водопроводной системы, нуждается в предварительной обработке, целью которой является доведение качества воды до действующих нормативов.

Судить о качестве воды и ее соответствии или несоответствии установленным нормам можно только на основании максимально полного химического и бактериологического анализа. Только на основе анализа можно делать окончательный вывод о той проблеме или комплексе проблем, с которыми придется иметь дело.[1]

Основные неприятности c водой, с которыми приходится сталкиваться пользователям следующие:

наличие в воде нерастворенных механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Их присутствие в воде приводит к ускоренному абразивному износу сантехники и труб, а также к их засорению;

присутствие в воде растворенного железа и марганца. Такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато-бурую окраску, что является причиной ржавых подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает характерный "железистый" привкус;

жесткость, которая определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния. При их высоком содержании возможны выпадение осадка и появление белесых разводов на поверхности ванны, мойки и т.д. Соли кальция и магния, называемые также солями жесткости, являются причиной возникновения всем хорошо известной накипи.[2]

Сравнительно безобидная в чайнике, накипь, откладываясь на стенках водонагревательных устройств (бойлеров, колонок и т.п.), а также на стенках труб в линии горячей воды, нарушает процесс теплообмена.

Это приводит к перегреву нагревательных элементов, перерасходу электроэнергии и газа. Отложение накипи является причиной до 90% аварий водонагревателей.

Наличие в воде неприятного привкуса, запаха и цветности. На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями, могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, остаточный хлор, сероводород.

Бактериологическая загрязненность. Вызвана наличием в воде различных микробов или бактерий. Некоторые из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека, но даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но и, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны создавать ядовитые и канцерогенные соединения.

Естественно, что приведенный выше список не исчерпывает всего многообразия проблем, возникающих с водой, однако знакомит нас с основными из них.[1]

2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ

Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности -- горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды -- сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека.

Из анализа водопользования за 5-6 прошедших десятилетий вытекает, что ежегодный прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к 2100 г. человечество может исчерпать все запасы пресной воды.[17]

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у таких рек, как Дон, Терек, Урал -- на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.[4]

2.1 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ВОД

Значительная часть выпадающей дождевой воды, а также талая вода, просачивается в почву. Там она растворяет содержащиеся в почвенном слое органические вещества и насыщается кислородом. Глубже находятся песчаные, глинистые, известняковые слои. В них органические вещества по большей части отфильтровываются, но вода начинает насыщаться солями и микроэлементами. В общем случае, на качество грунтовых вод влияют несколько факторов:

1.качество дождевой воды (кислотность, насыщенность солями и т.д.);

2.качество воды в подводном резервуаре (возраст такой воды может достигать десятков тысяч лет);

3.характер слоев, через которые проходит вода;

4.геологическая природа водоносного слоя.

В наиболее значительных количествах в грунтовых водах содержаться, как правило, кальций, магний, натрий, калий, железо и в меньшей степени марганец (катионы). Вместе с распространенными в воде анионами -- карбонатами, гидрокарбонатами, сульфатами и хлоридами -- они образуют соли. Концентрация солей зависит от глубины. В наиболее "старых" глубоких водах концентрации солей настолько велика, что они обладают явственно солоноватым вкусом. К этому типу относятся большинство известных минеральных вод. Наиболее качественную воду получают из известняковых слоев, но глубина их залегания может быть достаточно большой и добуриться до них -- удовольствие не из дешевых. Грунтовые воды характеризуются достаточно высокой минерализацией, жесткостью, низким содержанием органики и практически полным отсутствием микроорганизмов.[4]

2.2 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.

Перечень веществ контролируемых в подземных водах не регламентирован, поэтому нельзя составить точную картину о загрязнении подземных вод.[8]

2.3 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Качество поверхностных вод зависит от сочетания климатических и геологических факторов.

Основным климатическим фактором является количество и частота осадков, а также экологическая ситуация в регионе. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворенных частиц, таких как пыль, вулканический пепел, пыльца растений, бактерии, грибковые споры, а иногда и более крупные микроорганизмы. Океан является источником разных солей, растворенных в дождевой воде. В ней можно обнаружить ионы хлорида, сульфата, натрия, магния, кальция и калия. Промышленные выбросы в атмосферу также "обогащают" химическую палитру, в основном за счет органических растворителей и оксидов азота и серы, являющихся причиной выпадения "кислотных дождей". Вносят свою лепту и химикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К числу геологических факторов относится структура русла рек. Если русло образовано известняковыми породами, то вода в реке, как правило, прозрачная и жесткая.[4]

Если же русло из непроницаемых пород, например гранита, то вода будет мягкой, но мутной за счет большого количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения.

В целом поверхностные воды характеризуются относительной мягкостью, высоким содержанием органики и наличием микроорганизмов.

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (Свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе и в Новосибирске. В связи с этим проводится гиперхлорирование воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.

Одним из основных загрязнителей поверхностных вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5-15мг/л при ПДК -- 0,1 мг/л. Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществ появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами в поверхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка, а в отдельных регионах страны -- аммонийный и нитридный азот, лигнин, ксантогенаты, анилин, метил меркаптан, формальдегид и др. Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.[4]

Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к нарушению биологического равновесия в водоеме. Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоем постепенно «умирает». Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов. Эвтрофизация -- обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона. От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски.

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и рыбоохранными правилами.

Наиболее опасными загрязнениями поверхностных вод является загрязнения сточными водами.[9]

3. ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

3.1 ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖНИЙ

очистной сооружение сточный вода

Под канализацией принято понимать комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих своевременный сбор сточных вод, образующихся на территории населенных пунктов и промышленных предприятий, быстрое удаление (транспортирование) этих вод за пределы населенных пунктов, а также их очистку, обезвреживание и обеззараживание.

Основными загрязнениями сточных вод являются физиологические выделения людей и животных, отходы и отбросы, получающиеся при мытье продуктов питания, кухонной посуды, стирке белья, мытье помещений и поливке улиц, а также технологические потери, отходы и отбросы на промышленных предприятиях. Бытовые и многие производственные сточные воды содержат значительные количества органических веществ, способных быстро загнивать и служить питательной средой, обусловливающей возможность массового развития различных микроорганизмов, в том числе патогенных бактерий; некоторые производственные сточные воды содержат токсические примеси, оказывающие пагубное действие на людей, животных и рыб. Все это представляет серьезную угрозу для населения и требует немедленного удаления сточных вод за пределы жилой зоны и их очистки.[17]

Задачи по удалению и ликвидации бытовых отбросов на различных этапах развития общества решались по-разному. Наиболее простым и удовлетворяющим санитарным требованиям является удаление (отведение) сточных вод по трубопроводам за пределы населенных мест (сплавная система). Такой способ применяется с давних времен. При раскопках в Египте обнаружены каналы для сточных вод, построенные за 2500 лет до нашей эры. Аналогичные сооружения существовали еще раньше в Индии. В VI в. до н. э. в Риме был построен знаменитый канал «клоака максима», частично используемый в современной канализации Рима. Эти сооружения требовали значительных затрат труда и материалов и обязательного подведения воды, т. е. устройства водопроводов, поэтому их сооружали лишь для дворцов, храмов, общественных купален и т. п. При малой плотности населения (25--50 чел/га) и отсутствии водопровода отбросы удаляли путем устройства выгребов или вывозили их ассенизационным транспортом (вывозная система), частично отбросы использовали на приусадебных участках. При слаборазвитой промышленности сточные воды выпускались непосредственно в водоемы, на берегах которых обычно и строились предприятия, что облегчало снабжение чистой водой и сброс сточных вод. Загрязнение водоемов этими водами воспринималось как неизбежное зло, поскольку методы очистки сточных вод не были разработаны. В эпоху феодализма и последующий период развития капитализма возросшая плотность населения и развитие промышленности привели к ухудшению санитарного состояния городов, которые буквально утопали в нечистотах. Это сильно осложнило получение в городах чистой воды.[10]

Начиная с III века н.э. мероприятия по санитарному обустройству населенных мест практически не проводились. Это привело к тому, что водоемы всех крупных городов Европы являлись рассадниками холеры, дизентерии, чумы и других смертельных инфекционных заболеваний. Хоть в городах и были сточные канавы, куда было положено сливать нечистоты, пользовались ими далеко не всегда. В европейских государствах нечистоты выбрасывались на улицу вплоть до XIX века. Обитатели городов вымирали на протяжении многих веков от эпидемий холеры, тифа, чахотки, других неизвестных болезней.

С развитием промышленности к концу XIX века количество сточных вод резко увеличилось, ситуация усугубилась. В связи с этим английским правительством в 1868 г. создается Ученая Комиссия, которая исследует причины заражения речной воды и разрабатывает способы очистки стоков. Комиссия описывает следующую картину состояния нескольких йоркширских рек (Брадфорд, Кальдер, Ирвель): «...В проточную воду выбрасываю миллионы центнеров золы, угольного мусора и шлаков от паровых котлов, с железных заводов; большая масса битой глиняной посуды, негодных к употреблению металлических предметов, кирпичного мусора, камня и глины из каменноломень валятся туда же, вместе с грязью дорог и улиц, остатками красильных деревьев и т.п. веществами. Миллионы кубических метров воды, обремененной отбросами с горных заводов, химических фабрик, красилен, кожевенных заводов, шерстопромывных и шерстоваляльных заводов ежедневно изливаются в реки и отравляют их ...».В числе прочих Комиссия уделила внимание небольшой реке Брадфорд, которая, протекая по одноименному городу, принимает в себя сточные воды от 140 000- тысячного населения, промывные воды от 168 шерстяных фабрик, 94 суконных фабрик, 10 ситцепечатных, 35 красильных, 10 химических, 7 желатинных, 3 кожевенных заводов и 3 фабрик экстракции жирных веществ. Для демонстрации степени загрязненности йоркширских речных вод промышленными стоками к отчету Ученой Комиссии было приложено факсимиле, которое на первый взгляд было выполнено бледными чернилами. На самом деле подпись была сделана водой одной из обследованных рек - реки Кальдер. Похожая ситуация складывалась и во Франции. С целью улучшения санитарного состояния городов во Франции в 1894 году был принят закон об обязательном подсоединении всех объектов жилого фонда и промышленных предприятий к канализационной сети, однако даже в 1904 году большинство зданий в Париже еще не имело водоотводных труб. Учеными подчеркивалось, что катастрофическое загрязнение водных ресурсов Западной Европы обуславливалось развитостью промышленности.[13]

В России же второй половины XIX века, несмотря на малое развитие фабричной промышленности состояние речной воды в России становится не многим лучше. Так, вода рек Москва и Яуза в 1874 г. вследствие сброса стоков фабрик, находящихся по их берегам «... вполне негодна для питья...». Химический анализ речной воды позволил установить ее состав: в 100 частях воды содержалось органических веществ 12,55, окиси кальция -- 7,15, натровых солей - 2, азотнокислых солей - 2,3, калийных соединений - 1,85, хлористых солей -- 1,95, бромистых солей -- 1, кремнезема -- 0,7 частей. Общий остаток после выпаривания воды - 29,5. Сравнение с нормативными показателями степени чистоты воды того времени свидетельствует о том, что по содержанию органических веществ в воде превышение составляет 1,5 раза, а по величине сухого остатка -- почти в 6 раз. Первые известные подземные каналы для отвода сточных вод в России были устроены еще в XIV в. (Новгород, Кремль в Москве). Однако в последующем Россия отставала в темпах и объеме канализационного строительства от других стран. В середине XVIII в. в Петербурге началось широкое применение каналов, в том числе крупных (3,8X3,6 м), для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и бытовые воды. В 1832 г. протяженность водостоков Петербурга составляла уже 95 км и превышала протяженность сетей Парижа.[10]

В Москве к 1825 г. были построены крупные Самотечный и Неглинный каналы, служившие для отвода атмосферных и сточных вод от зданий. В 1829 г. было начато строительство канализации в г. Старая Русса. Затем канализация была построена и в ряде других городов: Феодосии (1840 г.), Одессе и Тифлисе (1874 г.), Царском Селе (1880 г.), Гатчине (1882 г.), Ростове-на-Дону и Киеве (1893 г.), Москве (1898 г). Саратове и Севастополе (1910 г.), Харькове (1914 г.), Нижнем Новгороде (1916 г.). Уже в то время некоторые города имели достаточно совершенные очистные сооружения в виде полей орошения (Москва, Одесса, Киев). После Великой Октябрьской социалистической революции вместе с ростом городов началось более быстрое строительство канализации. Были построены очистные станции во многих городах и поселках: Сочи, Харькове, Кисловодске, Магнитогорске, Кунцево и др., а также ряд новых станций аэрации в Москве, в том числе крупнейшие станции -- Курьяновская и Ново-Курьяновская пропускной способностью около 2 млн. м3/сутки и Люберецкая пропускной способностью около 1,5 млн м3/сутки. В настоящее время пропускная способность очистных станций Москвы превышает 4 млн. м3/сутки и продолжает увеличиваться.[13]

3.2 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ГОРОДА И СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ

По мере роста и развития городов появлялись многочисленные фабрики, заводы, ремесленные мастерские, размещавшиеся на берегах рек. Однако специализированных систем канализования промышленных предприятий в начале 19 века не существовало и промышленные сточные воды отводились совместно с коммунальными нечистотами существующими примитивными системами канализации. Это приводило к тому, что водоемы загрязнялись еще больше - в них сбрасывали значительные объемы неочищенных промышленных стоков . Данная проблема, в связи с активным развитием промышленности, захватывает собой уже не одни большие города, а целые местности и страны (например, Англия). Важность и необходимость рационального удаления нечистот осознается и в России. Российский журнал открытий, изобретений и усовершенствований по всем отраслям промышленности, издаваемый с 1865 года «Технический сборникъ», многократно обращается к обсуждению вопросов зарождающихся экологических проблем техногенного характера.[11]

Рассмотрим виды промышленности. В это время наиболее распространенными видами предприятий являлись следующие: химические заводы; заводы сухой перегонки дерева и каменного угля; газовые заводы; фабрики, изготавливающие краски; красильные и ситцепечатные фабрики; белильные фабрики; прядильные и ткацкие фабрики; бойни; кожевенные и клееваренные заводы; мыловаренные заводы; писчебумажные заводы; крахмальные заводы; сахарные заводы; винокуренные и пивоваренные заводы. Рассмотрим основные загрязнители перечисленных производств. Для химических заводов в сточных водах характерно наличие большого количества кислот и мышьяка, растворимых минеральных веществ, газообразного сероводорода. Заводы сухой перегонки дерева или каменного угля и газовые заводы поставляют сточные воды содержащие креозот, радонистые соединения вредные для растительности и животного мира. Фабрики, приготовляющие краски, а также красильные и ситцепечатные производства дают сточные воды богатые органическими веществами и мышьяком. Стоки белильных фабрик считались неопасными. Из прядильных и ткацких фабрик наиболее сильно загрязняющими природные водоемы являлись шерстопрядильные и шерстоткацкие производства, сбрасывающие стоки с многочисленными токсичными компонентами. Бойни, кожевенные и клееваренные заводы дают легко загнивающие отходы с высоким содержанием азота. П. Волков сообщает о возможности утилизации этих отходов переработкой на соли аммиака в связи с развитием «...аммошакальнаго способа фабрикащи соды...». Сбросы мыловаренных заводов рассматриваются как малотоксичные. Писчебумажные заводы дают азотосодержащие стоки. В этом случае их утилизация, по сообщению первоисточника, предполагает выпаривание щелочной жидкости с прокаливанием до получения соды. Сточные воды сахарных и крахмальных заводов являются носителями серы и сернистого железа, которые наносят значительный ущерб рыбным популяциям. Немецкие сахаропромышленники назначили премию в 1000 талеров за разработку способа очистки сточных вод сахарных заводов, который до конца XIX века так и не был представлен к рассмотрению. Воды предприятий винокуренной и пивоваренной промышленности являются питательной средой для развития характерных микроорганизмов -Zeptomitus lacteus, которые обладают сильным гнилостным запахом. В качестве меры предварительной обработки воды предлагается фильтрование сточных вод через известь. Для России того времени, в связи с относительной малочисленностью производств, главным источником загрязнений природных водоемов являются городские нечистоты. Тем не менее, гораздо раньше, еще в 60-х годах XVII века в Москве впервые предпринималась очистка сточных вод на производстве льняных тканей при помощи отстаивания. По мере того, как развитие промышленности набирало все более высокие темпы, все чаще вставал вопрос о защите окружающей среды от фабричных стоков . В целях регламентирования деятельности развивающихся фабрик и заводов в России был разработан и утвержден на государственном уровне «Устав промышленный» (1885 г.), 68-я статья которого запрещала «...строить в городах и выше городов по течению рек и протоков мануфактуры, фабрики и заводы, вредные чистоте воды».[11]

Тем не менее, многие предприятия не имели должным образом устроенных очистных сооружений. Согласно «Устава...», предусматривались наказания как для отдельных домовладельцев и мелких предпринимателей, так и для крупных промышленных предприятий при нарушении законодательства. По делам особо крупных размеров возбуждались уголовные дела в Московском окружном суде. Специалисты, обслуживавшие Московскую канализационную систему, самое серьезное внимание уделяли исследованиям в области способов очистки сточных вод, в частности, биологическим. В 1904 г. во исполнение постановлений Городской Думы была организована специальная «Комиссия по опытам с биологической очисткой сточных вод», химико-биологическая лаборатория и контрольная станция. Для контроля работы полей постоянно функционировало Совещание по очистке сточных вод при канализационном отделе управы, куда в качестве экспертов приглашались инженеры, гигиенисты, агрономы, химики, биологи, бактериологи.

Изобретение простых и дешевых способов очистки фабричных стоков перед спуском их в реки было шагом, который чрезвычайно интересовал фабрикантов и правительства европейских государств. Например, по инициативе руководства одного из старейших текстильных предприятий России -- Трехгорной мануфактуры, основанной в 1799 г. - разрабатывался вопрос об очистке сточных вод с фабрик и заводов. Эти стоки спускались в ближайшие реки и наносили серьезный вред окружающей среде. Владелец Трехгорной мануфактуры Сергей Иванович Прохоров, будучи специалистом-химиком, поднял вопрос об очистке фабричных стоков, став тем самым одним из первых инициаторов борьбы за экологию. Им была назначена премия в 3 000 рублей и объявлен конкурс на изобретение способа очистки сточных фабричных вод. Этот конкурс вызвал к жизни очень полезные исследования, в ходе которых впервые в истории науки и техники были разработаны значения предельно допустимых концентраций вредных веществ, содержащихся в сточных водах.: нерастворимых минеральных и органических веществ; углерода и азота в виде растворимых органических соединений; металлов, за исключением калия, натрия, кальция и магния в растворе; металлического мышьяка (или мышьяковая соль); серы в виде сероводорода или растворимого сернистого металла; кислот и свободных щелочей; свободного хлора; повышенной цветности. Также значительный вклад в разработку предельно допустимых концентраций сделали ученые Англии (70-е rr.XIX в ). С середины XIX в. наступила новая эра в истории очистки промышленных сточных вод, ознаменовавшаяся усиленным строительством сетей канализации в ряде городов России: Одессе (1874), Тифлисе (1874), Царском селе (1880), Гатчине (1882), Ялте (1886), Ростове-на-Дону (1892), Киеве (1892) [11].

В Европе идея охраны окружающей среды также переживает свое развитие. Именно в это время в Англии принимается первый закон об охране окружающей. Инициатором устройства канализации в Москве явился русский инженер-гидротехник М.А. Попов, который в 1874 году представил первый проект, который не был реализован. И только с приходом городского головы H.A. Алексеева на рассмотрение Городской Думы был вынесен и утвержден в Министерстве путей сообщения в 1892 году проект раздельного канализования столицы с очисткой сточных вод на Люблинских полях орошения, разработанный группой городских инженеров В.Д. Кастальским, Н.М. Левачевым, П.Л. Николаенко, A.A. Семеновым, В.К. Шпейером во главе с П.В. Труниным. К середине 1898 г. было уложено 122900 саженей (262,1 км) городской канализационной сети, канал до Люблинских полей орошения протяженностью в 4933 саженей (10,3 км), была построена Главная насосная станция на левом берегу Москва-реки у Ново-Спасского монастыря с тремя паровыми насосами рабочей мощностью 52 тыс.м3 в сутки. [5]

Следовательно, сооружение канализационных систем конца XIX века способствовало отводу и очистке промышленных стоков, однако внедрения автономных производственных канализационных систем в практику в массовом порядке не происходило.[10]

3.3 СОСТАВ СТОЧНЫХ ВОД И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИХ ОЧИСТКИ

Водоотводящие системы и сооружения -- это один из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимый санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.

Объектами водоотведения являются здания различного назначения, а также вновь строящиеся, существующие и реконструируемые города, поселки, промышленные предприятия, санитарно-курортные комплексы и т.п.[16]

Сточные воды -это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

В зависимости от происхождения вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории: бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений и промышленных предприятий); производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).[14]

В практике используется также понятие городские сточные воды, которые представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. Бытовые, производственные и атмосферные сточные воды отводятся как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т.е. массой примесей в единицу объема мг/л или г/куб. м. Состав сточных вод регулярно анализируется. Проводятся санитарно-химические анализы по определению: величины ХПК (общая концентрация органических веществ); БПК (концентрация органических соединений, окисляемых биологическим путем) ; концентрация взвешенных веществ; активной реакции среды; интенсивности окраски; степени минерализации; концентрации биогенных элементов (азота, фосфора, калия) и др. Наиболее сложны по составы сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияет вид перерабатываемого сырья, технологический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др. Для разработки рациональной схемы водоотведения и оценки возможности повторного использования сточных вод изучается состав и режим водоотведения не только общего стока промышленного предприятия, но также сточных вод от отдельных цехов и аппаратов. Помимо определения основных санитарно-химических показателей в производственных сточных водах определяются концентрации специфических компонентов, содержание которых предопределяется технологическим регламентом производства и номенклатурой применяемых веществ. Поскольку производственные сточные воды представляют собой наибольшую опасность для водоемов, мы рассмотрим их более подробно.

Производственные сточные воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные производственные сточные воды подразделяются на три группы:

загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.);

загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы по производству каучука, пластмасс и др.);

загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

Кроме вышеуказанных 3 групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.

Производственные сточные воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т.д.

Состав производственных сточных вод колеблется в значительных пределах, что вызывает необходимость тщательного обоснования выбора надежного и эффективного метода очистки в каждом конкретном случае.

Получение расчетных параметров и технологических регламентов обработки сточных вод и осадка требуют весьма продолжительных научных исследований как в лабораторных, так и полупроизводственных условиях.

Количество производственных сточных вод определяется в зависимости от производительности предприятия по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. Норма водопотребления -- это целесообразное количество воды, необходимого для производственного процесса, установленная на основании научно обоснованного расчета или передового опыта. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии. Нормы расхода производственных сточных вод применяют при проектировании вновь строящихся и реконструкции действующих систем водоотведения промышленных предприятий. Укрупненные нормы позволяют дать оценку рациональности использования воды на любом действующем предприятии.

В составе инженерных коммуникаций промышленного предприятия, как правило, имеется несколько водоотводящих сетей. Незагрязненные нагретые сточные воды поступают на охладительные установки (брызгальные бассейны, градирни, охладительные пруды) , а затем возвращаются в систему оборотного водообеспечения. Загрязненные сточные воды поступают на очистные сооружения, а после очистки часть обработанных сточных вод подается в систему оборотного водообеспечения в те цеха, где ее состав удовлетворяет нормативным требованиям.[14]

Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается такими показателями, как количество использованной оборотной воды, коэффициентом ее использования и процентом ее потерь.

Для промышленных предприятий составляется баланс воды, включающий расходы на различные виды потерь, сбросы и добавление компенсирующих расходов воды в систему.

Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем водоотведения населенных пунктов и промышленных предприятий должно осуществляться на основе утвержденных в установленном порядке схем развития и размещения отрасли народного хозяйства, отраслей промышленности и схем развития и размещения производительных сил по экономическим районам. При выборе систем и схем водоотведения должна учитываться техническая, экономическая и санитарная оценки существующих сетей и сооружений, предусматриваться возможность интенсификации их работы.

При выборе системы и схемы водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать:

1) требования к качеству воды, используемой в различных технологических процессах;

2) количество, состав и свойства сточных вод отдельных производственных цехов и предприятия в целом, а также режимы водоотведения;

3) возможность сокращения количества загрязненных производственных сточных вод путем рационализации технологических процессов производства;

4) возможность повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водообеспечения или для технологических нужд другого производства, где допустимо применять воды более низкого качества;

5) целесообразность извлечения и использования веществ, содержащихся в сточных водах;

6) возможность и целесообразность совместного отведения и очистки сточных вод нескольких близко расположенных промышленных предприятий, а также возможность комплексного решения очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов;

7) возможность использования в технологическом процессе очищенных бытовых сточных вод;

8) возможность и целесообразность использования бытовых и производственных сточных вод для орошения сельскохозяйственных и технических культур;

9) целесообразность локальной очистки сточных вод отдельных цехов предприятия;

10) самоочищающую способность водоема, условия сброса в него сточных вод и необходимую степень их очистки;

11) целесообразность применения того или иного метода очистки.

При вариантном проектировании водоотводящих систем и очистных сооружений на основании технико-экономических показателей принимается оптимальный вариант.[12]

3.3.1 ВЫПУСК СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ

Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются окраска, привкусы, запахи) ;на поверхности водоема появляются плавающие вещества, а на дне образуется осадок; изменяется химический состав воды(увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсичные вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.) ;изменяется качественный и количественный бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а часто и для технического водоснабжения; теряют рыбохозяйственное значение и т.д.

Общие условия выпуска сточных вод любой категории в поверхностные водоемы определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. После выпуска сточных вод допускается некоторое ухудшение качества воды в водоемах, однако, это не должно заметно отражаться на его жизни и на возможности дальнейшего использования водоема в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей.

Наблюдение за выполнением условий спуска производственных сточных вод в водоемы осуществляется санитарно-эпидемиологическими станциями и бассейновыми управлениями.