Основные направление защиты водной среды.

Рост водопотребления в промышленности и сельском хозяйстве наряду с масштабными загрязнениями водоемов делают актуальной разработ­ку мероприятий по защите водной среды и ограничении потребле­нии воды в хозяйственных целях.

Сокращение потребления воды в промышленности обеспечива­ется следующими путями:

1) разработкой новых технологических процессов, характеризующихся значительным сокращением потреб­ления исходной воды и образования загрязненных, стоков вплоть до полного исключения вода из технологических операций;

2) проведением локальной обработки СВ от отдельных производс­твенных узлов с утилизацией ценных компонентов и подготовкой воды к повторному использованию;

3) организацией систем обо­ротного водоснабжения, включавших использование паводковых вод и атмосферных осадков, отводимых с территории предприятия;

4) формированием территориально-производственных комплексов, ориентированных на мало- и безотходные технологии за счет соз­дания внутри них замкнутой структуры материальных потоков сырья, воды, продукции и отходов.

Резервы сокращения водопотребления за счет перечисленных направлений используются мало. Так, например, кратность ис­пользования воды в легкой промышленности всего около 1, в теп­лоэнергетике и при производстве бумаги - около 2, в пищевой и угольной промышленности - немногим более 3, в химической и пе­рерабатывающей промышленности - 5...7. Поэтому необходимо добиваться в каждом производстве резкого сокращения безвозврат­ных потерь воды, предел которого равен 2…8%.

Существенные резервы сокращения водопотребления имеются в сельском хозяйстве. До 1993 г. бесплатное обеспечение во­дой для полива сельсхозкультур приводило к нерациональному расходу воды и засолению почв. Немало воды теряется в ороси­тельных каналах за счет фильтрации, незначителен возврат воды на технологические нужды (до 50% составляют потери при отдаче воды обычными ирригационными системами, до 30% - при подаче в каналах, облицованных водонепроницаемыми материалами, и 10% -при подаче трубами).

Несмотря на то, что потребление воды в быту в нашей стра­не в 1,5 - 2 раза меньше, чем в развитых странах Запада, и здесь имеется громадные резервы ее экономии. В РФ полностью отсутствует учет количества потребляемой населением воды, не установлены счетчики израсходованной воды, исключительно вели­ки потери (около 8 км³ в 1995 г.) из-за неисправностей водопро­водных внешних сетей и арматуры. За счет устранения изношен­ности сетей и усовершенствования арматуры можно сэкономить бо­лее 20% подаваемой воды потребителям (20 км³).

Водный кодекс РФ (1995 г.) предусматривает наличие водоохранной зоны у каждого водного объекта. Ее роль - поддержание водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, и предупреждение их загрязнения. Водоохранная зо­на - это территория, примыкающая к акватории водного объекта, на которой устанавливается специальный режим использования и охраны ПР и осуществления иной хозяйственной деятельности. Минимальная ширина этих зон установлена Правительством РФ:

1) для рек - от среднемноголетнего уреза воды в летний период при длине реки от истока до 10 км - 15 м; от 11 до 50 км - 100 к; от 51 до 100 км - 200 м; от 101 до 200 м - 300 м; от 201 до 500 км - 400 м; свыше 500 км - 500 м; 2) для озер - от сред­немноголетнего уреза воды в летний период, а для водохранилищ - от уреза воды при нормальном подпорном уровне при площади акватории до 2 км²- 300 м, более 2 км² - 500 м. Для уникальных озер и водохранилищ эта ширина другая: озеро Селигер - 2 км, Иваньковское водохранилище - 3 км, Вазузовская водосистема - 1 км, а Вышневолоцкая - 500 м. Водоохранные зоны водных объ­ектов, являющихся источниками питьевого водоснабжения или мес­тами нереста ценных видов рыб, объявляются особо охраняемыми территориями.

В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы. В них запрещается распашка земель, рубка и корчевка леса, размещение животноводческих ферм и лагерей, применение удобрений и т.д. Они, как правило, заняты древеснокустарниковой растительностью или укреплены травяным покро­вом (залужены) для подавления почвенной эрозии. Водный кодекс РФ допускает в этих полосах размещение объектов водоснабжения, рекреации рыбного и охотничьего хозяйств, а также водозабор­ных, портовых и гидротехнических сооружений при наличии лицен­зии на водопользование. Ширина прибрежных защитных полос водо-охранных зон зависит от крутизны берега и вида угодий, приле­гающих к реке, озеру или водохранилищу. Так, для пашен она мо­жет быть от 15 до 100 м; лугов и сенокосов - от 15 до 50 м; лесов и кустарников - от 35 до 100 м. Для рек длиной до 10 км от истока прибрежная защитная полоса совмещается с водоохранной зоной.

В водоохранной зоне также запрещается: проведение авиационно-химических работ; применение ядохимикатов; использование навозных стоков на удобрение; размещение складов ядохимикатов, минудобрений и горючесмазочных материалов; мест захоронения; складирование навоза, мусора и отходов производства и потреб­ления; вырубка лесов (кроме санитарных и лесовосстановительных рубок) и т.д.

СН 2640-82 [10] предусматривают зоны санитарной охраны (ЗСО) у источников питьевого водоснабжения, а вдоль водоводов - санитарно-защитные полосы. ЗСО организуются в составе трех поясов: первый пояс (пояс строгого режима должен быть огражден и иметь постоянную охрану) включает территорию расположения водозаборов и всех водопроводных сооружений; второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территории, предназначенную для охраны от загрязнений этих источников. В этих поясах и в пределах санитарно-защитной полосы устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, исключающих возмож­ность ухудшения качества питьевой воды.

Границы поясов ЗСО регламентируют СН 2640-82 [10] в зави­симости от типа источника водоснабжения (подземный или поверх­ностный), природных, климатических и гидрологических условий. Так, граница первого пояса ЗСО должна быть: 1) для подземного источника - не менее 30 или 50 м от водозабора при использова­нии защищенных или недостаточно защищенных подземных вод;

2) для рек и каналов - не менее 200 м вверх по течении и не менее 100 м вниз по течении, по прилегающему и в направлении к противоположному берегу от водозабора; 3) для водохранилищ и озер - не менее 100 м от водозабора по акватории во всех направ­лениях. Границы второго и третьего поясов ЗСО определяются по СН 2640-82.

Ширина санитарно-защитной полосы (по обе стороны от край­них линий водовода) устанавливается: а) при отсутствии грунто­вых вод - не менее 10 м при диаметре водоводов до 1 м и не ме­нее 20 м при диаметре водоводов более 1м: б) при наличии грунтовых вод - не менее 50 м вне зависимости от диаметра во­довода.

Водным кодексом РФ рассмотрены и другие аспекты использо­вания и охраны водных объектов, названы участники водных отно­шений (РФ, ее субъекты, муниципальные образования и водополь­зователи) и их права, обязанности, по предупреждении и устране­нию загрязнения этих объектов и определены органы исполнитель­ной власти (в РФ - Правительство и Роскомвод; в субъектах РФ -Администрация и местный орган Роскомвода), осуществляющие го­суправления в области использования и охраны водных объектов.

Методы очистки СВ.

Правилами охраны поверхностных вод запрещен сброс неочищенных СВ. Их очистка заключается в обезвреживании (т.е. удалении вредных веществ, попадание кото­рых в водоемы может сделать воду непригодной к одному или нес­кольким видам водопользования) и обеззараживании (т.е. в про­ведении санитарно-технических мероприятий по уничтожению в во­де возбудителей инфекционных заболеваний химическими и физи­ческими способами). Обеззараживание СВ может потребоваться на предприятиях кожевенной и пищевой промышленности, а во всех других отраслях очистка СВ сводится к их обезвреживании. При этом очистка применяется, когда

при , (5.5)

где – фактическая концентрация ЗВ в воде, мг/л; - расчетная (допустимая) концентрация ЗВ в водном объекте, мг/л; - концентрация i-го вещества в СВ, мг/л; - фоновая кон­центрация i-го вещества в водном объекте, мг/л.

Если , то (5.6)

где n - требуемая степень очистки СВ или кратность раз­бавления СВ чистой водой. С методикой расчета n студенты могут познакомиться в разделе 6 учебного пособия [2]. В настоящее время кратность разбавления СВ колеблется от 5 до 20, что уси­ливает потребность пресной воды в тех регионах, где игнорируют разработанные и широко применяемые методы очистки СВ.

Детальная характеристика систем очистки СВ применительно к конкретным отраслям промышленного производства дается в дис­циплине "Инженерная экология" или "Строительная экология", или "Безопасность жизнедеятельности" (частично). Поэтому приводим лишь краткую характеристика методов очистки от ЗВ в воде.

При очистке СВ должна соблюдаться определенная последова­тельность в применении методов очистки. Вначале сбрасываемые СВ очищаются от взвесей и дисперсно-коллоидных частиц (механи­ческая очистка). Потом применяются методы физико-химической и химической (реагентной) очисток. Для удаления высокотоксичных примесей в СВ используются электрохимические методы, а при особо вредных примесях может применяться термическая обработ­ка. Для очистки бытовых стоков чаще всего применяются биологи­ческие методы.

Взвешенные частицы удаляются из воды процеживанием, отс­таиванием и фильтрацией. При процеживании (первичной стадии механической очистки СВ), с помощью решеток, сит и фрикционаторов удаляются крупные нерастворимые примеси размеров до 25 мм. При отстаивании или медленном расслоении жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы идет постепенное осаждение грубых дисперсных примесей; кинетика отсеивания представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Типичная динамика осаждения грубых дисперсных примесей.

Продолжительность отстаива­ния устанавливается в зависимос­ти от требуемой степени очистки от данного вида примесей.

Тонкодисперсные примеси небольшой концентрации удаляются с помощью фильтров, т.е. порис­тых перегородок, пропускающих жидкость, но задерживавших твердые частицы.. Различаются зернистые (песок, уголь, и т.д.) и гибкие (сетка, бумага и т.п.) фильтры.

С помощью физико-химических методов удаляются токсические вещества и обеспечивается более высокая степень очистки. Всего применяется более 10 физико-химических методов очистки, важ­нейшими из которых являются флотация и адсорбция. Флотация применяется для удаления нерастворимых диспергированных приме­сей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и т.д. Она не требует сложной аппаратуры и больших затрат. Удаление частиц примесей обеспечивается за счет их прилипания к пузырькам воздуха, об­разующихся при вакуумировании раствора, или резкого уменьшения его давления в емкости, при механическом диспергировании турбинами насосного типа, при химических реакциях (например, в реакциях с выделением ) и в биологических процессах.

Адсорбционная очистка СВ применяется при небольших кон­центрациях вредных примесей, главным образом, органических со­единений (пестицидов, гербицидов), а также фенолов, ПИВ и т.п. В качестве адсорбентов используется активированный уголь, зо­ла, шлаки, опилки. Как правило, в установках адсорбции исполь­зуются несколько последовательных слоев адсорбента, генерация которых осуществляется нагревом до температуры 200…800°С.

Рис. 5.3. Типичные изотермы адсорбции

Типичные изотермы адсорбции или линии, показывающие связь между количеством адсорбирован­ного вещества (Q), давлением (Р) и температурой очищаемых стоков (t) представлены на рис. 5.3.

Для избирательной очистки ряда токсических примесей приме­няют более сложные и дорогостоя­щие физико-химические методы: ионообменную очистку, обратный осмос, ультрафильтрацию и т.п. Химические и электрохимические методы очистки СВ включают в себя нейтрализацию агрессивных стоков (стоки считаются неаг­рессивными при рН = 6...6,5 и рН = 8...9; сильно агрессивными при рН < 6 и рН > 9), добавление химических реагентов, филь­трации через нейтрализующие мембраны и хемосорбцию, т.е. пог­лощение вещества поверхностью хемосорбента в результате хими­ческих реакций. Нейтрализация обеспечивается смешением кислых и щелочных СВ, добавлением кислых или щелочных реагентов, фильтрацией кислых стоков через известняк, мрамор или доломит.

Биологическая очистка основана на способности ряда микро­организмов, главным образом бактерий, разрушать содержащиеся в СВ загрязнения органического происхождения. Наибольшая эффек­тивность биологической очистки достигается при температурах 20...30°С, рН среды 6,5...7,5, достаточном обеспечении микро­организмов биогенными элементами и отсутствии токсических ве­ществ, влияющих на данные организмы (установлены ПДК веществ, не оказывающих отрицательного влияния на работу биологических очистных сооружений). В таких сооружениях биомасса может нахо­диться в СВ в свободном состоянии или может быть закреплена неподвижно в так называемых биофильтрах, через которые прохо­дят очищаемые СВ.

В последние годы широко применяется ряд новых перспектив­ных методов очистки СВ. К ним относится применение вместо обычных окислителей озона (способного разрушать многие примеси в водных растворах при обычной температуре), ускоренных элек­тронов (вызывающих радиолиз токсических компонентов) и низко­температурной плазмы ( ), т.е. ионизированного газа с равными концентрациями положительных и отрицательных зарядов, а также мембранной технологии и т.п.