Экология водоотведения является составной частью экологии водного хозяйства. В ней рассматривается воздействие на окружающую природную среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок, норм использования и способов, предотвращающих деградацию жизненной среды, этими отходами.
Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае понимаются все категории сточных вод, образующиеся в быту, на производстве, в окружающей среде, включая атмосферные.
Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает качественные изменения, превращаясь после её использования в жидкие отходы — сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении (генезисе): хозяйственно-бытовые, производственные, атмосферные осадки и др.
Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером производства и водообеспечения.
На основании длительного изучения влияния различных химических соединений на флору и фауну установлены предельно допустимые концентрации для водоемов различных категорий водопользования. При этом вещество нормируется по санитарно-токсикологическому, общесанитарному лимитирующему или органолептическому показателю вредности.
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) рекомендована шкала Корте-Дубинина для оценки токсичности загрязняющих веществ. На первое место по степени отрицательного воздействия на организм поставлены тяжелые металлы (135 баллов), на второе — пестициды (130 баллов), далее — нитраты (65 баллов).
Экологизация — это процесс неуклонного постепенного и последовательного внедрения систем технологических, управленческих, организационных и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов и условий с улучшением или хотя бы с сохранением качества природной среды. Общая экологизация — объективный, более системный подход и осознание роли природы в жизни человека, новый этап культуры.
Применительно к технике, экологизация технологий означает проведение мероприятий по предотвращению и снижению воздействия производственных процессов на природную среду. Одним из основных в комплексе таких мероприятий является разработка безотходных или малоотходных технологий и технологических цепей, имеющих на выходе минимум вредных выбросов.
Малоотходная технология является промежуточным этапом создания безотходной. Составными элементами их являются:
комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;
уменьшение или полное исключение загрязнения окружающей среды промежуточными продуктами, отходами производства продукции;
— создание замкнутых систем производственного цикла.
Выполнение указанных мероприятий — длительная перспектива, связанная с экономикой, экологией, психологией и политикой. Еще в течение длительного времени будут образовываться отходы, которые необходимо обрабатывать, обезвреживать, утилизировать.
Первым шагом в этом направлении является создание систем повторного и оборотного водоснабжения. При создании оборотных и замкнутых систем водоснабжения необходимо рассматривать основной технологический процесс и очистку сточных вод как единое целое.
Следует отметить, что процесс экологизации будет связан с возрастанием стоимости мероприятий по охране гидро- и атмосферы. Однако данные затраты не затрагивают национального дохода. Они компенсируются предотвращенным или ликвидируемым ущербом, который наносится выбросами. Следствием выбросов будут увеличенные расходы на подготовку воды для нужд питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения; снижение продуктивности рыбного и лесного хозяйства, животноводства, урожаев; возрастание расходов на восстановление природного состояния водоемов, на медицинское обслуживание населения и т. д.
В условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки очистные сооружения сточных вод уже мало рассматривать как только водоохранный объект. Помимо этого следует учитывать их воздействие на окружающую среду твердыми отходами (размещение, захоронения, отторжение земель, инфильтрационное загрязнение подземных вод, выделение газов, патогенность), газовыми выбросами (сероводород и др.) компонентами очищенных сточных вод.
Экологизации процессов очистки сточных вод способствуют следующие технические решения и мероприятия:
Механическая очистка — совершенствование гидродинамических режимов существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых фильтровальных установок
Химическая очистка — применение более активных коагулянтов; совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающих их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка — расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды, после корректировки состава до нормативных величин, использовать в оборотном водоснабжении; разработка и создание новых селективных типов сорбентов из сточных вод с целью вторичного использования, широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка — применение метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы; широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или водяной гиацинт, пистия, аир и пр.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью 120 пк/и. Продуцируемый бактериями при окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
В настоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их твердой фазы.
Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет в среднем 0,01-3% от объёма. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил).
Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод: обезвоживание, обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов:
преимущественно минеральные (зольность более 70%);
преимущественно органические (зольность менее 30%);
смешанные (зольность 30-70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий, некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства — мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители; гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты); целлюлозно-картонно-бумажный комбинаты (производство древесно-волокнистых плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов представляет сложную многовариантную проблему, основным вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах промышленных отходов (шламы подвергаются отверждению цементом, битумом, остекловыванием, обработке полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в производстве строительной керамики, кирпича, черепицы. Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации.
При очистке сточных вод, в т. ч. и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге повысит экологичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12-15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать появление очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от аэрационных биоокислителей, а также размещение всех очистных сооружений в подземных выработках.
