За останнє тридцятиріччя стан вод Світового океану значно погіршився. Його поверхня вкрита нафтою, пластиковим пакувальним матеріалом, іграшками, пляшками та іншим сміттям, яке багато років не розкладається у воді. Таких відходів нагромадилось вже понад 20 млн. тонн.
До найбільш шкідливих забруднювачів Світового океану належить нафта та нафтопродукти. На шельфі видобувається майже 30% всієї нафти, сотні мільйонів тонн її перевозиться морськими шляхами, на яких щорічно втрачається не менше як 1% нафти, тобто 5-10 млн. тонн. Особливу тривогу викликають випадки транспортних аварій великих танкерів. В 1968 р. із «Торріканйону» в Ла-Манші вилилося 119 тис. тонн нафти, відомі катастрофи на морських промислах поблизу Каліфорнії, в Північному морі, в Мексиканській та Перській затоках.
Жертвами нафтового забруднення щорічно стають багато птахів, планктон, морські тварини. Нафтова плівка зустрічається навіть в антарктичних водах, де від неї гинуть тюлені та пінгвіни. Нафта пошкодила багато європейських курортів світового значення. Нині діє міжнародна конвенція щодо запобігання забруднення морських просторів нафтою, яку підписали найбільші морські держави. Згідно з конвенцією, всі морські райони в межах 50 миль від берега є забороненими зонами, де не дозволяється вилив нафти у море.
Велику небезпеку становить забруднення Світового океану радіоактивними речовинами внаслідок випробовування термоядерної зброї, захоронення радіоактивних відходів, роботи ядерних реакторів на військових підводних човнах і криголамах. Радіоактивність планктону може бути в 1000 разів вищою, ніж радіоактивність води, а деяких риб — вищою навіть в 50 тис. разів, ніж в ланцюгу живлення.
Щороку в Світовий океан з різних джерел потрапляє понад млн. тонн летких органічних сполук (дихлоретан, фреон та ін.), близько 120 тис. тонн хлорованих вуглеводів (ДДТ, альдрин, бензилгексахлорид, поліхлоровані біфеніли та ін.), понад 300 тис. тонн свинцю, понад 5 тис. тонн ртуті, понад 10 тис. тонн кадмію. Крім повітряного перенесення і забруднення внаслідок судноплавства та робіт на шельфі, велика кількість забруднюючих речовин виноситься річковим стоком, куди скидається близько 600 млрд. тонн промислових і побутових стоків. На розчинення стічних вод витрачається 40% об'єму світових ресурсів річкового стоку Об'єм цих стічних вод обчислюється багатьма тисячами кубокілометрів і становить для різних морів від 0,1 до 20% і більше об'єму річкового стоку, що в них впадає. За деякими даними промислові стоки додають до природного виносу річок ще подвоєну кількість ртуті, у 12-13 разів більшу кількість свинцю, міді, цинку, у 30 разів більшу кількість сурми. За даними ЮНЕСКО, щороку з водами річок у море потрапляє понад 320 млн. тонн заліза, 2,3 млн. тонн свинцю, 6,5 млн. тонн фосфору. Крім того, річки несуть величезну кількість нафтопродуктів, пестицидів, синтетичних миючих засобів та інших забруднюючих речовин. Спостереження за забрудненням води деяких річок індустріальних районів показують, що процеси самоочищення забезпечують руйнування і нейтралізацію лише третини забруднювачів. Решта потрапляє в прибережну зону моря.
За глобальними оцінками, внаслідок забруднення за останні тридцять років інтенсивність життя в морях і океанах знизилась на 30%.
Сьогодні проблема захисту вод Світового океану стала однією з найактуальніших, бо стосується всіх країн світу. Через це ООН розроблено і прийнято кілька важливих угод, що регулюють рибальство, судноплавство, добування корисних копалин з морських родовищ тощо. В 1982 р. була підписана більшістю країн світу відома угода «Хартія морів». Також створюється міжнародна служба моніторингу для постійного спостереження за станом Світового океану.
5. Водоспоживання та водокористування
Водоспоживання та водокористування можна класифікувати за наступними ознаками (табл. 2.4):
Таблиця 2.4.
Класифікація водокористування
| Ознаки використання води | Призначення водокористування |
| За цілями водокористування | господарське-питне комунально-побутове промислове сільськогосподарське для потреб енергетики для рибного господарства для водного транспорту та лісосплаву для лікувальних та курортних потреб тощо |
| За об’єктами водокористування | поверхневі підземні внутрішні територіальні морські води |
| За способом використання | з вилученням води та з її поверненням з вилученням води без повернення без вилучення води |
| За технічними умовами водокористування | із застосуванням технічних споруд без застосування споруд |
Джерела водокористування у залежності від цілей користування поділяються на дві категорії.
До І категорії відносяться водні об'єкти, які використовуються як джерела господарсько-питного водопостачання, а також для водопостачання підприємств харчової промисловості.
До II категорії відносяться водні об'єкти для культурно-побутових цілей, а також ті, що знаходяться в межах населених пунктів.
Вимоги до складу та властивостей води регламентуються в залежності від категорії водних об'єктів.
Водопостачання та водоспоживання може бути безповоротним, повторним, оборотним. В цілях раціонального водоспоживання розробляються і доводяться до підприємств норми споживання води на одиницю продукції в залежності від галузі та норми води на одного мешканця. Норми забезпечують раціональне водспоживання і використовуються при проектуванні систем водозабезпечення.
За характером використання системи водопостачання поділяються на прямоточні, послідовні, оборотні, підживлювальні.
Прямоточна воді використовується у виробничому процесі один раз, а послідовна використовувана вода споживається у декількох технологічних процесах.
Оборотна вода споживається у виробництві багатократно, з періодичним або неперервним її очищенням. На передових підприємствах показник оборотного водопостачання може сягати 40-90%. Це дає можливість більш економно і раціонально використовувати водні ресурси, враховуючи їхню недостатність в Україні та всі витрати на їхню очистку (доочистку).
Навколо водозаборів згідно нормативів влаштовуються зони санітарної охорони, в яких встановлюється особливий режим охорони вод від забруднення хімічними речовинами та шкідливими біологічними організмами, а також стічними водами.
Зона санітарної охорони поділяється на дві-три підзони. Перша підзона — строгого режиму з огородженнями, а інколи і зі спеціальною охороною. Ця зона обсаджується лісовими насадженнями, тут забороняється будь-який вид діяльності, який може зумовити забруднення води.
Друга підзона має обмеження за видами діяльності, що спричиняють забруднення, здатні проникнути у водозабір (у цій зоні забороняється розташовувати склади паливно-мастильних матеріалів, тваринницькі ферми, застосовувати добрива та інші).
Третя підзона - попереджувальна. У ній також обмежуються види діяльності, які викликають забруднення води.
Водопостачання здійснюється з водогонів (питних та технічних), які додають воду на очисні споруди господарсько-комунального або заводського підпорядкування. Після очистки вода подається на водоспоживання для населення, а технічна — на підприємства.
6. Захист гідросфери від промислових забруднювачів
Антропогенний вплив приводить до погіршення якості природних вод. Під впливом господарської діяльності людей означено наступні тенденції в зміні їх якості:
• зниження pН у результаті забруднення з атмосфери сірчаною й азотною кислотами, збільшення змісту сульфатів і нітратів;
· • підвищення змісту іонів кальцію, магнію, кремнію в підземних ірічкових водах унаслідок вимивання і розчинення підкисленими дощовими водами карбонатних й інших гірських порід;
· • підвищення змісту іонів важких металів (свинцю, кадмію, ртуті, миш'яку і цинку), а також фосфатів, нітратів, нітритів і ін;
· • підвищення змісту солей у поверхневих і підземних водах у результаті їхнього надходження зі стічними водами і з атмосфери за рахунок змиву твердих відходів;
· • підвищення змісту у водах органічних сполук (ПАР, пестицидів, продуктів їхнього розпаду й інших токсичних, канцерогенних і мутагенних речовин);
· зниження змісту кисню в природних водах, у результаті підвищення його витрати на окислювальні процеси, а також унаслідок забруднення поверхні водойм гідрофобними речовинами і скорочення доступу кисню з атмосфери.
Воду, використовувану в промисловості, підрозділяють на охолоджену, технологічну й енергетичну.
Перша позиція - вода, що використовується для охолодження теплообмінних апаратів, не стикається з матеріальними потоками і не забруднюється, а лише нагрівається. У промисловості 65–80% витрати води споживається для охолодження.
Технологічна вода безпосередньо контактує з продуктами і виробами.
Енергетична вода споживається для одержання пари і нагрівання устаткування, приміщень, продуктів.
Стічною називається вода, що була в побутовому, виробничому чи сільськогосподарському вживанні, а також минула через будь-яку забруднену територію. У залежності від умов утворення стічні води поділяються на побутові чи господарсько-фекальні, атмосферні і промислові.
• Господарсько-побутові води – це стоки душових, бань, пралень, їдалень, туалетів, від миття підлог та ін. Вони містять домішки, з яких приблизно 58% органічних речовин і 42% мінеральних.
• Атмосферні води утворюються в результаті випадіння атмосферних опадів та стоку з територій підприємств. Вони забруднюються органічними і мінеральними речовинами.
• Промислові с тічні води являють собою рідкі відходи, що виникають при видобутку і переробці органічної і неорганічної сировини.
Забруднення води може бути хімічним, фізичним, тепловим та мікробним. Наприклад, стічні води котелень містять пом’якшувачі, продукти корозії. Наявність на поверхні масел, нафти погіршує обмінні процеси, знижує вміст кисню у воді, що призводить до загибелі флори і фауни річок та інших водоймищ. Синтетичні поверхнево активні речовини (СПАР) згубно впливають на розвиток фітопланктону. Свинець, ртуть, кадмій, нікель, цинк, марганець, потрапивши у воду, роблять її токсичною, що призводить не лише до загибелі зоопланктону, але й завдає шкоди здоров’ю людей. Стічні води гальванічних дільниць за вмістом металів перевищують ГДК в 2000-5000 разів. Пестициди, що потрапляють у воду при обробці лісопосадок, садів, городів, негативно впливають на живі організми та людей, які споживають таку воду. Великої шкоди водним об'єктам завдає будівництво мостів та інших споруд на річках, які порушують їх гідрологію.
Господарсько-побутові стоки призводять до біологічного забруднення води, що може викликати різні захворювання.
Особливо небезпечні стічні води пунктів санітарної обробки білизни та спецодягу, стоки від лікарень, побутові стоки. Органічні забруднення часто призводять до непередбачуваних процесів - зв’язування кисню у воді, загибелі живих організмів та фітопланктону. Надлишки фосфору та азоту у воді призводять до її цвітіння та порушення біологічної рівноваги у водоймах.
Радіоактивні речовини, потрапляючи в воду, викликають її іонізацію, що несприятливо впливає на розвиток живих організмів. Фітопланктон та риби здатні засвоювати велику кількість радіоактивний речовин та накопичуватися їх у своєму організмові. Споживання такої риби небезпечне для здоров'я людей.
Водні об'єкти з допустимим ступенем забруднення можуть використовуватися для всіх видів водокористування без обмежень; з помірним ступенем забруднення використовуються лише для культурно-побутового водокористування; з високим ступеням забруднення — небезпечні для будь-якого виду водокористування. Водні об’єкти з надзвичайно високим ступенем забруднення непридатні для всіх видів водокористування.
Гранично допустимі скиди (ГДС) речовин у водні об'єкти характеризуються максимально допустимою масою речовин, які можуть бути відведені у встановленому режимі за одиницю часу з метою забезпечення норм якості води в контрольному пункті. ГДС встановлюється з врахуванням ГДК шкідливих речовин у місцях водокористування та водовідведення, асимілюючої здатності водного об'єкта та оптимального розподілу маси речовини, що скидаються, між водокористувачами.
Підприємства в обов'язковому порядку погоджують об’єми скидів у водоймища з місцевими органами охорони природи.
При скиданні стічних вод у каналізацію підприємство укладає договір з органами господарсько-комунального господарства на водоспоживання та водовідведення. В угоді вказується об'єм водоспоживання та водовідведення, права та обов'язки сторін, порядок розрахунків за водокористування і водовідведення.
Крім виробничих та господарсько-побутових стоків, існують зливові стоки, які відводяться з території підприємства та населених пунктів періодично.
Розрахунки з визначення можливості скиду виробничих стічних вод у водоймища повинні виконуватися для найнесприятливіших умов (найменший рівень води в році, несприятлива течія відносно пункту водокористування та інші).
Способи очищення стічних вод. Скидання стічних вод у водойми без їхнього очищення не допускається. Сьогодні передбачають очищення стічних вод різними методами, їх повторне використання для технічних потреб та поливу створення оборотних та замкнених систем водокористування, вдосконалення технологічних процесів на підприємствах у напрямку зменшення надходження забруднень у стоки, перехід на безвідходні технологи, зменшення забруднення територій нафтопродуктами, котрі зі зливовими стоками можуть потрапляти до водойм.
Очищення стічних вод на підприємствах здійснюється за слідуючими схемами:
- очищення стічних вод на заводських очисних спорудах;
- очищення стічних вод після їхнього забруднення на заводських, а потім на міських очисних спорудах з подальшим спуском у водойми;
- безперервне очищення промислових вод та розчинів на локальних очисних спорудах протягом певного часу, після чого вони передаються на регенерацію, а потім повертаються в оборот. Тільки при неможливості регенерації стічні води усереднюються і передаються на заводські очисні споруди та утилізуються.
Способи очищення стічних вод можна об'єднати в групи (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Класифікація способів очищення стічних вод
Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень здійснюється за одним з таких методів:
- подрібнення великих за розміром забруднень у менші за допомогою механічних дробилок;
- відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;
- розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг та гідроциклонів;
- усереднення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин та домішок до рівня, при котрому стоки можна скидати у водойми або в каналізацію;
- вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;
- фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні або піщані фільтри;
- освітлення води шляхом пропускання її через фільтри (пісок або спеціальні пристрої, наповнені композиціями або мінералами, здатними поглинати завислі частки).
Вибір схеми очищення води від завислих часток та нафтопродуктів залежить від виду та кількості забруднень та необхідного ступеня очищення.
Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азеотропній відгонці.
Флотація — процес молекулярного прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз (вода — повітря, вода — тверда речовина). Процес очищення СПАР, нафтопродуктів, волокнистих матеріалів флотацією полягає в утворенні системи «частинки забруднень - бульбашки повітря», що спливає на поверхню та утилізується. За принципом дії флотаційної установки реалізуються: флотація з механічним диспергуванням повітря; флотація з подачею повітря через пористі матеріали; електрофлотація; біологічна флотація.
Зворотний осмос (гіперфільтрація) — процес фільтрування стічних вод через напівпроникні мембрани під тиском.
Ультрафільтрація — мембранний процес розподілу розчинів, осмотичний тиск котрих малий. Застосовується для очищення стічних вод від високомолекулярних речовин, завислих частинок та колоїдів.
Електродіаліз — процес сепарації іонів солей в мембранному апараті, який здійснюється під впливом постійного електричного струму Електродіаліз застосовується для демінералізації стічних вод. Основним обладнанням є електродіалізатори, що складаються з катіонітонних та аніонових мембран.
Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.
Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).
Окислення застосовується для знезараження стічних вод від токсичних домішок (мідь, цинк, сірководень, сульфіди), а також від органічних сполук. Окислювачами є хлор, озон, кисень, хлорне вапно, гіпохлорид кальцію тощо.
Фізико-хімічні методи очищення. Обчислюється на процесах коагуляції, флокуляції, сорбції, екстракції, іонного обміну.
Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених - катіони. Коагулянтами є вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулюючи здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.
Флокуляція - процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімерії (поліакрил-амід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо).
Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакрил-амід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.
При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.
Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, силікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м3).
Пристрої для вилучення зі стічних вод або розчинів за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.
Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція, хемосорбція.
При абсорбції поглинання забруднень здійснюється всією масою (об'ємом) абсорбованої речовини.
При адсорбції поглинання забруднювачів відбувається тільки поверхнею адсорбенту за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.
При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворенням на поверхні розподілу нового компонента або фази.
Вибір сорбенту визначається характером та властивостями забруднень. Процес очищення стоків різними видами сорбентів здійснюється в спеціальних колонах, заповнених сорбентами.
Екстракція — вилучення зі стічних вод цінних речовим за допомогою екстрагентів, котрі повинні мати такі властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у волі, мати густину, що відрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.
Екстрагування речовин зі стічних вод здійснюється одним з методів: гіерехреснопотоковим, ступінчастопротипотоковим, неперервно-протипотоковим.
Цей спосіб використовується для вилучення зі стічних вод фенолу.
Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді поверхнево-активними речовинами (ПАР) за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз «розчин — смола». Основною властивістю іонітів є їхня поглинальна здатність — обмінна ємність. За знаком заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповідно кислі та лужні властивості. Іоніти можуть бути природними та синтетичними. Практично застосовуються природні іоніти типу алюмосилікатів, гідроокислів та солей багатовалентних металів, іоніти з вугілля та целюлози та різноманітні синтетичні іонообмінні смоли.
Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитопатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворювання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.
Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодом є срібний електрод, а катодом — вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м3 потрібно виділити з анода 1 г срібла.
Другий метод електролізної обробки води полягає в додаванні до води кухонної солі, котра при пропусканні струму розкладається, виділяючи вільний хлор.
Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, в аеротен- ках, в окислювальних каналах, в біотенках, в аеротенках із заповнювачами.
Біологічне очищення може здійснюватися і в природних умовах на полях зрошення, полях фільтрації, у біологічних водоймах.
Залежно від мікроорганізмів, які беруть участь у руйнуванні органічних речовин, розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення стічних вод.
У виробничих умовах часто доводиться використовувати комплексні методи очищення, котрі базуються на механічних, хімічних, фізико-хімічних, біологічних способах та пристроях для вилучення забруднень.
