Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений

Подождите немного. Документ загружается.

191

ствия веществ одного лимитирующего признака вредности, а это неиз-

бежно связано с большими капитальными и эксплуатационными затра-

тами.

Развитие систем оборотного и последовательного использования

воды способствует резкому, примерно в 20-25 раз, уменьшению объе-

мов водопотребления и водоотведения, однако не исключает, как пра-

вило, сброса в водные объекты засоленных, так называемых продувоч-

ных

вод.

Чтобы добиться полного исключения сброса в водоемы загряз-

няющих веществ в сравнительно короткий срок, необходимо разрабо-

тать и поэтапно внедрить замкнутые системы водопользования отдель-

ных производств. Создание замкнутых систем водообеспечения позво-

ляет снизить удельные расходы свежей воды и, следовательно, сточ-

ных вод на единицу продукции.

Свежая вода из водных

источников должна использоваться толь-

ко для подпитки замкнутых систем, для питьевых и хозяйственно-

бытовых целей, а также для специальных технологических операций,

где не могут быть использованы очищенные сточные воды.

Современные технологии и техника очистки обеспечивает полу-

чение воды по существу любой заданной степени чистоты из любой

сточной воды, т.е. создание

замкнутых водооборотных систем может

тормозиться только причинами экономического характера.

В основу современных технологических систем с многократным

использованием воды и минимальным воздействием на окружающую

среду положены принципы совершенствования как основных техноло-

гических процессов, так и систем использования и очистки воды. К

первым относятся: разработка новых технологических процессов с со-

кращением или

полным исключением воды из технологических опера-

ций, комплексная переработка исходного сырья и продуктов, совер-

шенствование технологических процессов и аппаратов, применение

безводного сырья или его предварительное обезвоживание. Вторые

включают: полную очистку всех производственных, хозяйственно-

бытовых и ливневых сточных вод на локальных и общих очистных со-

оружениях с получением воды, пригодной для использования

в замк-

нутых водооборотных системах; внедрение современных интенсивных

методов и аппаратов для очистки воды; утилизация ценных компонен-

тов сточных вод; внедрение аппаратов воздушного охлаждения; орга-

низация систем оборотного, повторного и многократного использова-

ния воды.

Все перечисленные мероприятия являются составными частями

организации производства с минимальными отходами, количество ко-

192

торых определяется общим уровнем развития той или иной отрасли

народного хозяйства, экономическими, экологическими и другими

факторами. Разрабатывать подобные системы следует с учетом не

только технологических особенностей предприятий и образующихся

производственных отходов, но и имеющихся источников исходной во-

ды и ее качества, наличия других источников загрязнения (кроме про-

изводственных) и возможных потребителей

отходов, а также особен-

ностей промышленного региона в целом.

Затраты на создание бессточных производств определяются в

значительной степени технологией этих производств и эффективно-

стью методов локальной очистки сточных вод. По-видимому, в боль-

шинстве случаев организация бессточных производств экономически

оправдана вследствие получения дополнительной продукции (извле-

каемой из воды), отсутствия необходимости

строительства крупных

сооружений для транспортировки и очистки природной воды, строи-

тельства сооружений для очистки сточных вод до требуемого качества,

в случае спуска их в природные водоемы, предотвращения возможно-

сти загрязнения водоемов в случае аварий и других непредвиденных

причин и т.д.

11.5.

ЛАССИФИКАЦИЯ ПРИМЕСЕЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ

Загрязнения производственных сточных вод чрезвычайно разно-

образны, дать какую-либо типовую характеристику этих вод не пред-

ставляется возможным, поэтому в каждом отдельном случае необхо-

димо изучение их состава и свойств, которые зависят от вида произ-

водства.

По своей природе загрязнения делятся на минеральные, органи-

ческие, бактериальные и биологические.

К минеральным

загрязнениям относятся песок, глина, глинистые

частицы, частицы руды, шлака, растворы минеральных солей, кислот и

щелочей, минеральные масла, железо, кальций, магний, кремний и

другие вещества.

Органические загрязнения различаются по классам органических

соединений (углеводороды, спирты, органические кислоты, ароматиче-

ские и высокомолекулярные соединения и др.), они могут быть расти-

тельного и животного происхождения.

К растительным относятся ос-

татки растений, плодоовощей, злаков, бумага, растительные масла и

пр., основным химическим элементом их является углерод. Загрязне-

ниями животного происхождения представлены физиологические вы-

193

деления людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей

животных, клеевые вещества и т.п. Они характеризуются довольно

значительным содержанием азота, кроме того в них имеются фосфор,

сера и водород.

Бактериальные и биологические загрязнения представляют собой

различные микроорганизмы - дрожжевые и плесневые грибки, мелкие

водоросли и бактерии, в том числе и болезнетворные

, они свойственны

в основном бытовым водам и некоторым видам производственных

сточных вод (консервных заводов, кожевенно-обрабатывающих пред-

приятий, мясокомбинатов, биофабрик и т.п.). По своему химическому

составу они относятся к органическим загрязнениям, но выделяются в

отдельную группу ввиду особого взаимодействия с другими примеся-

ми сточных вод.

По агрегатному состоянию находящиеся

в воде вещества можно

разделить на твердые, жидкие и газообразные.

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) рекомендована

следующая классификация химических загрязнителей воды:

1) биологически нестойкие органические соединения;

2) малотоксичные неорганические соли;

3) нефтепродукты;

4) биогенные соединения;

5) вещества со специфическими токсичными свойствами, в том

числе тяжелые металлы, биологически жесткие неразлагающиеся орга-

нические соединения.

В зависимости

от специфичности действия примесей на водные

объекты они могут быть разделены на следующие группы:

1) неорганические примеси со специфическими токсичными

свойствами, к ним относятся соли тяжелых металлов;

2) неорганические примеси, не обладающие токсичным действи-

ем, например, рудообогатительных фабрик, цементных заводов и др;

3) нетоксичные органические вещества, например, пищевых от-

раслей промышленности;

4) органические

вещества со специфическими токсичными свой-

ствами предприятий органического синтеза, нефтепереработки и др.

Кроме показателей общего содержания органических веществ

(ХПК, БПК), нефтепродуктов, для оценки состава производственных

сточных вод определяют концентрацию индивидуальных примесей.

Л.А. Кульским была предложена классификация примесей в воде

по фазово-дисперсному состоянию с учетом физико-химических

свойств.

194

Исходя из анализа закономерностей, которым подчиняются про-

цессы очистки воды, он сгруппировал загрязнения по признаку их фи-

зико-химического состояния в воде, которое в известной степени опре-

деляется дисперсностью вещества. Указанный принцип позволил объ-

единить в небольшое количество групп самые разнообразные по хими-

ческой и физической характеристике примеси природных и сточных

вод. По этому признаку все вещества делятся на четыре группы: две

гетерогенные, в которых частицы не полностью смешиваются с водой,

и две гомогенные, дающие с водой истинные растворы. Этими группа-

ми являются: 1) взвеси, 2) коллоидные растворы, 3) органические мо-

лекулы и растворенные газы, 4) электролиты.

Первая группа примесей имеет размеры частиц больше 10

-6

м, ко-

торые образуют с водой взвеси. Это частицы песка, глины, нераство-

римые соли, некоторые органические вещества. Взвеси обуславливают

мутность воды, а в некоторых случаях ее цветность.

Вторая группа включает вещества с размерами частиц от 10

-8

до

-6

м. Эти загрязнения образуют с водой коллоидные системы. В кол-

лоидном состоянии могут находиться вещества как минерального про-

исхождения, например, SiO

, Al(OH)

, Fe(OH)

, так и органического,

например, гумусовые. Примеси, входящие во вторую группу, характе-

ризуются особыми молекулярно-кинетическими свойствами, а вслед-

ствие более мелких размеров их самопроизвольное оседание крайне

затруднительно.

Третью и четвертую группы составляют полностью растворяю-

щиеся в воде вещества, имеющие размер частиц менее 10

-8

м. К третьей

группе относятся различные органические молекулы (углеводороды,

органические кислоты, спирты, кетоны, альдегиды, ароматические со-

единения, нефть и продукты ее переработки и т.п.), растворенные в во-

де газы (О

, СО

, H

S, и др.). Четвертую группу составляют неоргани-

ческие вещества, диссоциирующие на ионы - электролиты (минераль-

ные кислоты, щелочи, соли всевозможных металлов).

Исходными принципами классификации послужила фазово-

дисперсная характеристика веществ с учетом их химических особенно-

стей, которая определяет поведение этих соединений в водной среде по

отношению к вводимым в воду реагентам. Каждому такому

состоянию

примесей соответствуют определенные технологические приемы и ме-

тоды их удаления. Способность многих веществ в водной среде изме-

нять свое фазово-дисперсное состояние под влиянием физико-

химических факторов, таких как солевой состав, рН, температура и

другие, открывает возможность варьировать технологические приемы

и методы регулирования процессов обработки воды. Систематизация

195

веществ по этим признакам позволяет все загрязнения природных и

сточных вод свести к нескольким группам, принадлежность к которым

уже предопределяет технологию водоочистки.

Таким образом, учитывая особенности всех четырех групп, мож-

но для каждой из них находить совокупность эффективных мер воз-

действия, приводящих к изменению фазово-дисперсного состояния

примесей воды в желаемом

направлении. Такие превращения являются

целью большинства технологических процессов по удалению загряз-

нений. Между фазово-дисперсным состоянием вещества, загрязняюще-

го воду, и выбором совокупности методов их удаления существует

вполне определенная связь. При этом химическая природа примесей и

определяет конкретные способы наиболее целесообразного ведения

процесса из числа рекомендованных для данной группы.

Описанная

классификация дает возможность выбрать рациональ-

ную компоновку очистных сооружений и эффективное управление

технологическими процессами водообработки, а также оптимизировать

работу очистных сооружений, делая реальным применение ЭВМ при

решении сложных практических и теоретических задач водообработки.

11.6.

АЧЕСТВО ВОДЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

При решении вопроса об отведении сточных вод в водный объект

и о мерах по его охране от загрязнения следует исходить из степени

его загрязненности и водности. Для оценки допустимой степени сни-

жения качества поверхностных вод служат требования к составу и

свойствам воды и предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ

в воде

водных объектов в соответствии с видом водопользования

(питьевого, культурно-бытового, рыбохозяйственного и др.). Водные

объекты следует считать загрязненными, если в расчетном пункте

(створе) не соблюдаются установленные для данного вида водопользо-

вания требования к составу и свойствам воды и нормативы ПДК, при-

веденные в “Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных

вод от загрязнения” (СПиН № 4630-88, именуемые в дальнейшем Пра-

вилами).

В Правилах рассматриваются нормативы качества воды для вод-

ных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водо-

пользования, требования к охране вод при различных видах хозяйст-

венной деятельности, к условиям отведения сточных вод в водные объ-

екты, к размещению, проектированию, реконструкции предприятий

эксплуатации объектов, влияющих на состояние поверхностных вод. В

196

Правилах приводятся гигиенические требования к составу и свойствам

воды в пунктах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водо-

пользования, а также ПДК и ОДУ (ориентировочно-допустимые уров-

ни) для 1345 химических веществ и класс их опасности по четырем

классам: чрезвычайно опасные, высокоопасные, опасные и умеренно

опасные.

Правила устанавливают нормативы качества воды для водо

емов по двум категориям водопользования. К первой относятся ис-

пользование водного объекта в качестве источника централизованного

или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а

также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко

второй - использование водного объекта для культурно-бытовых целей

населения, рекреации, спорта, а также водных объектов, расположен-

ных в черте населенных пунктов.

Вид водопользования определяется

органами санитарно-эпидемиологической службы.

Для каждого из двух видов водопользования правилами установ-

лены гигиенические требования к составу и свойствам водных объек-

тов. В случае одновременного использования воды водного объекта

для различных нужд народного хозяйства следует исходить из более

жестких требований в ряду одновременных нормативов качества воды.

Загрязняющие вещества

подразделяются на три группы по лими-

тирующему показателю вредности (ЛПВ), соответственно характеру их

воздействия на организм человека и внутриводоемные биологические

процессы: общесанитарный, санитарно-токсикологический и органо-

лептический показатели.

Пригодность источника для водоснабжения определяется на ос-

новании данных его санитарного обследования с учетом результатов

гидрогеологических, гидрологических и топографических изысканий.

Вода источников

водоснабжения должна соответствовать СПиН

2.1.4.559-96 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству во-

ды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль ка-

чества”, а также ГОСТ 17.1.03-87 “Правила выбора и оценка качества

источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабже-

ния”. В этой воде не должно быть нежелательных примесей, которые

не могут быть удалены методами обработки, а концентрация

загрязне-

ний должна соответствовать эффективности применяемых методов

очистки. Требования к качеству воды для купания и спорта нормирует

ГОСТ 17.1.5.02-80 “Гигиенические требования к зонам рекреации вод-

ных объектов”.

Для водоемов рыбохозяйственного назначения устанавливаются

два вида водопользования: для сохранения и воспроизводства ценных

197

видов рыб и для всех других рыбохозяйственных целей. Вид рыбохо-

зяйственного использования водного объекта определяется государст-

венными органами рыбоохраны.

Состав и свойства воды водоемов должны соответствовать нор-

мативам в створе, расположенном на проточном водоеме на 1 км выше

ближайщего по течению пункта водозабора, а на непроточных водо-

емах - в радиусе 1 км от

пункта водопользования.

Основные требования к качеству воды водоемов, используемых

для различных целей, приведены в таблице 11.2.

В воде также не должны содержаться возбудители заболева-

ний, ядовитые вещества, оказывающие прямо или косвенно вредное

воздействие на рыб и водные организмы, а также химические вещества

в концентрациях, превышающих ПДК или ОДУ.

Запрещается сбрасывать в

водные объекты вещества, для ко-

торых не установлены ПДК или ОДУ, а также вещества, для которых

отсутствуют методы аналитического контроля; неочищенные или не-

достаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые сто-

ки и поверхностный сток с территории промплощадок и населенных

мест. Запрещается сброс сточных вод, содержащих радионуклиды,

концентрированные кубовые остатки, осадки, пульпы, нефтепродукты

запрещается молевой сплав леса. Запрещается сброс сточных вод в

водные объекты в черте населенных пунктов.

Таблица 11.2

Требования к качеству воды водоемов

Показатели

состава и свойства

воды водоема

Допустимая норма для категорий водопользования

хоз.-питьев.

культ.-бытов.

рыбохоз. I вида

Взвешенные

вещества

Содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться

больше, чем на

0,25 мг/л 0,75 мг/л 0,25 мг/л

Плавающие

примеси

На поверхности воды не должны обнаруживаться плаваю-

щие пленки, пятна масел и скопления других примесей

Запахи и привкусы

Вода не должна приобретать запахов

и привкусов интенсивностью более 1

балла

Не должна переда-

вать их мясу рыб

Окраска

Не должна обнаруживаться в столби-

ке

Сообщать ее мясу

рыб

20 см 10 см

198

Температура

Летняя температура воды в результа-

те спуска сточных вод не должна по-

вы-шаться более чем на 3

С по срав-

нению со среднемесячной температу-

рой самого жаркого месяца за по-

следние 10 лет

Температура не

должна повышать-

ся более чем на 5

по сравнению с

естественной тем-

пературой воды

Реакция рН

6,5-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5

Минеральный

состав

Не должен превы-

шать по сухому

остатку - 1000

мг/л, в том числе

хлори-дов 350

мг/л, суль-фатов

500 мг/л

––

Растворенный

кислород

Не менее

4,0 мг/л 4,0 мг/л 6,0 мг/л

в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня

Биохимическое

потребление

кислорода (БПК

)

Не более

3,0 мг/л

6,0 мг/л

3,0 мг/л

Химическое

потребление

кислорода (ХПК)

Не более

15,0 мг/л

30,0 мг/л

––

Основы нормирования в санитарной охране водоемов базируются

на ПДК отдельных вредных веществ, практически же их в составе

сточных вод содержатся как минимум несколько. Сумма концентраций

всех веществ, выраженных в долях от соответствующих ПДК для каж-

дого вещества в отдельности, не должна превышать единицы:

где C

, C

iпр.д

- соответственно концентрации и ПДК вредных веществ в водоеме.

Большое значение имеет правильная организация выпуска сточ-

ных вод в водоемы, которая определяет процесс разбавления и даль-

нейшее самоочищение, связанное со способностью водоемов к ликви-

дации загрязняющих примесей и восстановление природных качеств

воды.

При спуске в водный объект сточных вод, содержащих загряз-

няющие вещества, качество воды в нем ухудшается. Концентрация

этих

веществ не остается постоянной, она изменяется вследствие раз-

бавления, а также биологических, физико-химических и химических

процессов.

пр.д

≤

∑

199

Условия отведения сточных вод в водные объекты определяются

с учетом:

• степени возможного смешения и разбавления сточных вод

водой водного объекта;

• фонового качества воды водного объекта выше места рас-

сматриваемого выпуска сточных вод;

• нормативов качества воды водных объектов применительно

к виду водопользования.

При расчете качества воды водных объектов исходные

данные

можно подразделить на три группы: 1) гидрологические и гидравличе-

ские характеристики водного объекта; 2) характеристика источника за-

грязнения; 3) требования к качеству воды водного объекта в расчетных

(или контрольных) пунктах водопользования.

На основании расчетов для каждого выпуска сточных вод и каж-

дого загрязняющего вещества устанавливаются нормы предельно до-

пустимых сбросов (ПДС) веществ

в водные объекты, соблюдение ко-

торых должно обеспечить нормативное качество воды в расчетном

створе в соответствии с требованиями к тому или иному виду водо-

пользования.

11.7.

ПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

СТОЧНЫХ ВОД

Для определения необходимой степени очистки сточных вод,

спускаемых в водоем, в каждом случае надо иметь подробные данные

об их количестве, составе, а также гидрологические и санитарные ха-

рактеристики водоема (последние могут быть приняты из гидрологиче-

ских ежегодников). Необходимая степень очистки сточных вод опре-

деляется применительно к общесанитарным и органолептическим по

казателям вредности и в каждом из нормативных показателей загряз-

нения. Расчеты по определению необходимой степени очистки сточ-

ных вод, спускаемых в водоем, производят по количеству взвешенных

веществ, допустимой величине БПК в смеси речной и сточных вод, по

потреблению сточными водами растворенного кислорода, по темпера-

туре воды, изменению величины активной реакции

воды водоема, со-

левому составу, ПДК вредных примесей.

В общем виде связь между необходимой степенью очистки сточ-

ных вод перед спуском их в водоем и санитарными требованиями вы-

ражается соотношением:

где С

ст

- концентрацция загрязнений в сточных водах, которая должна быть

,С)СC(

пр.д.рпр.д.ст

+−≤

200

достигнута в результате их очистки и при которой не будут нарушены сани-

тарные требования при спуске в водоем; С

, С

пр.д.

- соответственно концентра-

ция и ПДК загрязнений в воде водоема; Q, q - соответственно расход воды в

водоеме и расчетный расход сточных вод (наименьший среднемесячный); а -

коэффициент смешения, показывающий, какая часть расхода воды в водоеме

смешивается со сточными водами в расчетном створе.

Кратность разбавления в расчетных створах определяют по фор-

муле:

Расчетные створы ближайших пунктов водопользования устанав-

ливаются органами Государственного надзора с учетом перспективы

использования водоема.

Допустимое содержание взвешенных вешеств m в спускаемых

сточных водах в соответствии с санитарными правилами может быть

определено из уравнения:

откуда

где р - допустимое увеличение концентрации взвешенных веществ в водоеме

после спуска сточных вод (в зависимости от вида водопользования); b - содер-

жание взвешенных веществ в воде водоема до спуска сточных вод.

Необходимая степень очистки по взвешенным веществам, %:

где С - количество взвешенных веществ в сточной воде до очистки.

Необходимая степень очистки по БПК L

ст

определяется исходя из

степени загрязненности и ее изменения за счет разбавления сточных

вод водой водоема, а также за счет биохимических процессов само-

очищения сточных вод от органических веществ:

где L

ст

- БПК сточной воды, которая должна быть достигнута в процессе очи-

стки; L

, L

пр.д

- соответственно БПК речной воды до места выпуска сточных вод

),bp()qaQ(qmaQb

⋅

pm +

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+= 1

Э 100⋅

−

)LL(

tК

стст

пр.д.

рпр.д.cт

−

+⋅−

⋅

qaQ