Экологический паспорт водного хозяйства

В городскую сеть могут быть сброшены бытовые и производственные сточные воды, но на производственные воды имеются ограничения, на­правленные на защиту канализационных трубопроводов и сооружений от коррозии, заиливания, образования взрывоопасных газов, а также воз­можного нарушения процессов биологической очистки сточных вод и, как следствие, загрязнение водоемов токсичными элементами.

Основанием для выдачи разрешений на сброс производственных сточных вод в систему канализации населенного пункта для действую­щих предприятий является паспорт водного хозяйства, представляющий собой один из разделов экологического паспорта предприятия.

Паспорт водного хозяйства должен разрабатываться самим предпри­ятием по установленной форме и представляться для согласования в водопроводно-канализационное управление, где уточняются места выпус­ков в системы канализации бытовых сточных вод населенных пунктов; нормы сброса и состав сбрасываемых сточных вод до и после очистки по среднему и максимальному количеству загрязнения.

Но получение разрешения на сброс вод может быть аннулировано в случаях изменения условий канализирования населенных пунктов или несоблюдения промышленными предприятиями условий, в том числе по расходу вод и массе загрязнителя. Расчет допустимых концентраций за­грязняющих веществ учитывает их степень очистки на станции аэрации.

ПДК загрязняющих веществ в производственных сточных водах и сте­пень их биологического распада на биологических очистных сооружени­ях населенного пункта принимаются по нормативным документам.

 

Самоочищение водоемов

Каждый водоем — это сложная живая система, где обитают бактерии, водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. В ус­ловиях естественной природы, если в водоем попадают, например, хими­ческие примеси, процесс самоочищения протекает быстро, поэтому одна из важнейших природоохранных задач - поддерживать эту способность.

Факторы самоочищения водоемов многообразны. Условно их можно разделить на 3 группы:

- физические, среди которых первостепенное значение имеет разбавле­ние, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентрации взвешенных частиц обес­печиваются интенсивным течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. Микроорганизмы под собственной тяжестью или осаждаясь на других органических и неорганических частицах, посте­пенно опускаются на дно, подвергаются действию физических факто­ров, что способствует быстрому отмиранию загрязняющей микрофлоры. Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца;

- из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Поэтому оценку самоочищения можно проводить как по содержанию конкретных со­единений или их групп (фенолов, смол, углеводородов), так и по от­ношению к легкоокисляемому органическому веществу. Отмиранию микрофлоры могут также способствовать некоторые химические ве­щества. При этом, кроме патогенных бактерий и вирусов, в водоемах мо­гут отмирать и микроорганизмы, играющие существенную роль в самоочищении водоемов. Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его долж­но быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года;

- к биологическим факторам относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения. Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрицы и некоторые амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск профильтровывает в сутки: более 30 л воды.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно получить положительные результаты, обеспечить прозрачность и вы­сокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Так, химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и т. д.) тормозит естествен­ные окислительные процессы, убивает микроорганизмы.

Комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, взвешенных в толще во­ды; слипание комочков; всплытие комочков с образованием пленки с вклю­чениями воды и воздуха; снижение концентрации взвешенной и раство­ренной нефти вследствие оседания; всплытие и смешивание с чистой водой.

 

Биотехнология очистки вод

Биологическая очистка вод (природных и сточных) в настоящее время является достаточно изученным и широко применяемым методом, зна­чение и роль которого со временем только возрастает в связи с требова­ниями экологичности и экономичности современных видов производств.

Однако такой способ позволяет разрушить только относительно про­стые и аммонийные соединения (их называют " биологически мягкими ").

Неорганически восстановленные (сульфиды, сульфиты, нитриты и др.) соединения, токсины, комплексные соединения и сложные органические молекулы, удаляемые лишь частично при такой технологии, относятся к " био­логически жестким " органическим и аммонийным соединениям. Их при­сутствие в водах представляет угрозу для окружающей природной среды. Поэтому разработка методов детоксикации таких загрязнений — текущая и перспективная задача биотехнологии очистки воды.

Загрязнение биосферы вследствие выброса ксенобиотиков и других вредных веществ, почти не включаемых в циклы углерода, азота, фосфора и серы, приводит к необратимым изменениям в генофонде. Среди ксе­нобиотиков наибольшее распространение имеют гербициды и пестициды, представляющие собой галогеносодержащие соединения и попадающие в водоемы из почвы и атмосферы. Если не применять специальные ад­сорбционные мембранные технологии или озонирование, то существующие станции очистки природных вод для хозяйственных целей не обеспечат удаления ксенобиотиков. Эта проблема может быть решена путем эколо­гизации или прекращения выпуска соответствующих препаратов, или способами биотехнологии.

Для обеспечения стандартов качества очищенных вод, соответствую­щих нормативам ВОЗ¹, в настоящее время используются следующие био­технологические методы:

- селекция и конструирование искусственных микробных ассоциаций;

- совершенствование иммобилизационных комплексов;

- ферментативный катализ;

- генноинжениринговые комбинации.

- механические методы;

- физико-химические воздействия;

- биологический метод.

Селекция и конструирование искусственных микробных ассоциаций за­ключается в поиске, выделении активных культур, штамбов, исходя из их способности использовать те или иные ксенобиотики по прямому мета­болизму или же в условиях соокисления с последующим внесением их в ка­честве посевного материала в биореакторах.

Иммобилизация - это процесс, при котором клетки прикрепляются к ка­кой-либо поверхности так, чтобы их гидродинамические характеристики отличались от показателей среды обитания. При этом достигаются такие эффекты, как:

- сохранение практически постоянной биомассы в биореакторе за счет отсутствия выноса ее с потоком очищаемой жидкости;

- создание пространственной сукцессии (распределения) микроорганизмов по ходу движения жидкости с четким регулированием процесса;

- рост производительности (уменьшающий объем биореакторов);

- повышение устойчивости системы к неравномерности поступления сточных вод;

- регулирование процесса по составу носителей. Ферментативный катализ заключается в воспроизводстве определен­ного вида ферментов или их препаратов для биодеструкции конкретного ксенобиотика и проведение процесса в биореакторах. За счет мутации штамбов эффект очистки сточных вод повышается на 50—70%. Однако при этом требуется периодическая обработка биомассы, т. к. мутирован­ные признаки со временем снижаются.

Более перспективный и эффективный метод очистки вод с заданными деструктивными свойствами — генноинжениринговый, который заключается в использовании методов рекомбинантной ДНК: соединений определенных катаболических последовательностей специфических генов, ответственных за деструкцию какого-либо звена молекулы ксенобиотика, обеспечивающего его устойчивость. Введение в гены быстрорастущих штамбов позволяет по- ¹ лучить эффективные культуры, которые после помещения в биореакторы обеспечивают эффективную детоксикацию вод.

Механические методы — из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами, а поверхностные загрязнения — нефтеловушками, масло- и смолоуловителями. Так, выделяют до ²/з нерастворимых примесей, а из промышленных — более ⁹/₁₀.

При физико-химических воздействиях удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические неокисляемые и плохо окисляемые вещества. К ним относятся:

- флотация — ускоренное осветление промышленных и сточных вод и удаление из них взвешенных частиц нефти, жиров, нефтепродуктов, ПАВ, т. е. насыщают стоки воздухом, к пузырькам которого прилипают час­тицы твердых веществ и выплывают на поверхность;

- экстракция — сточные воды освобождают от органических веществ, ко­торые концентрируются в растениях (хлороформ, дибутиловый эфир, бензол, нитробензол и др.);

- адсорбция — применяется при невысоком содержании органических веществ в водах. В качестве адсорбента используют активированный уголь, органические и синтетические сорбенты;

- ионообменные способы — позволяют извлекать и вновь возвращать в хо­зяйственный оборот ценные вещества: цинк, никель, фенолы, детер­генты, радиоактивные соединения и др. Для этого применяют синте­тические ионообменные смолы;

- окисление — используют озон, хлор, оксид хлора, перманганат калия и другие окислители, позволяющие окислить остатки, растворенные в воде, устойчивые к биологическому разрушению органического ве­щества;

- эвапорация — сточную воду нагревают до кипения. Насыщенный водя­ной пар извлекает из сточных вод примеси. Затем пар пропускают через нагретый поглотитель, в котором примеси задерживаются. В случае не­обходимости применяют доочистку сточных вод, прошедших механи­ческую и биологическую очистку;

- широкое применение находит электролиз — разрушение органических веществ в сточных водах и извлечение металлов, кислот и других не­органических веществ. Этот процесс протекает в электролизерах. Очищение воды идет с помощью ультразвука, озона, высокого давле­ния и хлорированием.

Биологический метод основан на использовании закономерностей био­химического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Имеется несколько типов биологических установок:

- биофильтры — сточные воды пропускают через слой крупнозернисто­го материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой, благодаря которой протекают процессы биохимического окисления, которые служат основой биофильтров;

- биологические пруды — в очистке сточных вод участвуют все орга­низмы, населяющие водоем;

- аэротенки — огромные резервуары из железобетона, в котором очи­щающее действие производит активный ил из бактерий и микроско­пических животных.