Проблема Байкала Проблема Байкала –
воду этого ценнейшего озера используют для получения целлюлозы по финской
технологии, т. е. используют воду минимальной минерализации, содержащую меньше
100 мг/л солей. Обычно в пресной воде содержание солей составляет 300–450 мг/л,
в питьевой – 380 мг/л. Байкал после строительства целлюлозно-бумажного
комбината в городе Байкальске стал загрязняться (60-е годы). В озере Байкал
находится несколько сот эндаминореликтов – редких видов биоты, которых нет в
других водоемах. С запозданием разработаны уникальные очистные сооружения,
стоимость которых составила 30% стоимости основных фондов производства. Однако
принимаемые меры недостаточны для защиты Байкала.
По количеству солей вода делится на: пресную (< 1 г/л
солей), засоленную (до 25 г/л солей) и соленую (> 25). В океане, например, –
35 г/л; Балтийском море – 8–16 г/л; Каспийском – 11–13 г/л; Черном – 17–22 г/л.
Деградация природных вод связана в первую очередь с
увеличением солесодержания. Количество минеральных солей в водах постоянно
растет, даже в такой большой водной системе, как бассейн реки Волги с ее
притоками Камой и Окой. В ряде небольших рек, например, в Северном Донце, вода
уже не пресная, а соленая. Средняя минерализация рек Украины составляет 2–3
г/л. В настоящее время многие реки Урала не могут быть использованы как
источники водоснабжения. Так, в Каму поступают промышленные стоки с
минерализацией 1,5–5,0 г/л.
Основная причина засоленности вод – истребление лесов,
распашка степей, выпас скота. Вода при этом не задерживается в почве, не
увлажняет ее, не пополняет почвенные источники, а скатывается через реки в
море. В качестве мер, принятых в последнее время для снижения засоленности рек,
используется посадка лесов, предпринимаемая, например, в Саратовской области.
Громаден объем сброса дренажных
вод. К 2000 г.
он составит 25–35 км3. Системы орошения потребляют обычно 1–2 тыс. м3/га,
их минерализация составляет до 20 г/л. Огромен вклад в минерализацию воды
сброса промышленных стоков. По данным за 1996 г. в России объем промстоков был равен
стоку такой большой реки, как Кубань.
Наблюдается постоянный рост водопотребления как на
производственные, так и на бытовые нужды. В среднем в городах с населением 1
млн человек, по данным США, потребляется 200 л/сутки воды на человека, по
другим городам, л/с. (литр/сутки):
Москва –
400 Лондон – 170
С.-Петербург –
500 Париж – 130
Берлин –
250 Брюссель –
85
Водоемы (в частности, пруды) представляют собой сложную
экологическую систему, которая создавалась в течение длительного времени. В них
непрерывно протекает процесс изменения состава примесей, приближающийся к
состоянию равновесия. Значительные отклонения от состояния равновесия могут
привести к гибели популяций водных организмов, т. е. к невозможности возврата к
состоянию равновесия, а это приводит к гибели экосистемы. Процессы, связанные с
возвращением экосистемы к первоначальному состоянию, называются процессами
самоочищения. К важнейшим из них относятся:
·
осаждение грубодисперсных и коагуляция
коллоидных примесей;
·
окисление (минерализация) органических примесей;
·
окисление минеральных примесей кислородом;
·
нейтрализация кислот и оснований за счет
буферной емкости воды водоема;
·
гидролиз солей тяжелых металлов, приводящий к
образованию малорастворимых гидроксидов и выделению их из раствора и др.
Основные характеристики сточных
вод, влияющие на состояние водоемов: температура, минералогический состав
примесей, содержание кислорода, мл, рН (водородный показатель), концентрация
вредных примесей. Особенно большое значение для самоочищения водоемов имеет
кислородный режим. Условия спуска сточных вод в водоемы регламентируются
«Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Сточные
воды характеризуются следующими признаками:
·
мутность воды – определяется с помощью
мутномера: исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором, который
приготовлен из каолина (или из инфузорной земли) на дистиллированной воде,
выражается в мг/л;
·
цветность воды – определяется сравнением
интенсивности окраски испытуемой воды со стандартной шкалой. Выражается в
градусах цветности. В качестве стандартного раствора применяют раствор солей
кобальта;
·
сухой остаток – масса солей и веществ, которые
остаются после выпаривания воды (мг/л);
·
кислотность – измеряется в единицах рН.
Природная вода обычно имеет щелочную реакцию (рН > 7);
·
жесткость – зависит от содержания солей Са2+
и Mg2+.
Различают три вида жесткости воды: общая, обусловленная содержанием солей
кальция и магния независимо от содержания анионов; постоянная, обусловленная
содержанием ионов С1- и SO 1- 2 после кипячения в течение 1 ч (она не удаляется); устранимая
(временная) – устраняется кипячением: Са (НСО3) 2 → СаСО3 + СО2 + Н2О.
Жесткость измеряется в мг-экв/л солей магния и кальция (1 мг-экв соответствует
28 мг СаО) и в градусах (1° – количество солей кальция и магния,
соответствующее 10 мг СаО в 1 л
воды). 1° жесткости = 10 мг-экв = 2,8° жесткости;
·
растворимый кислород – зависит от температуры
воды и барометрического давления, измеряется в мг/л;
·
биологическая потребность в кислороде (БПК) –
количество кислорода, поглощаемое микроорганизмами в сточных водах. За критерий
оценки БПК принята величина уменьшения количества растворенного кислорода в
воде в течение 5 или 20 суток при температуре 20°С.
В зависимости от
условий образования сточные воды делятся на три группы:
·
бытовые сточные воды – стоки душевых, прачечных,
бань, столовых, туалетов, от мытья полов и т.д. Их количество в среднем
составляет 0,5–2 л/с. с 1 га
жилой застройки города, они содержат примерно 58% органических и 42%
минеральных веществ;
·
атмосферные сточные воды, или ливневые, их сток
неравномерен: 1 раз в год – 100–150 л/с. с 1 га; 1 раз в 10 лет – 200–300 л/с. с 1 га. Особенно опасны ливневые
стоки на промышленных предприятиях. Из-за их неравномерности затруднены сбор и
очистка этих стоков;
·
промышленные сточные воды – жидкие отходы,
которые возникают при добыче и переработке сырья. Расход воды при этом
исчисляют из удельного водопотребления на единицу продукции.
Самым важным условием, необходимым для того, чтобы
биохимические процессы в водоеме протекали правильно и обеспечивали
самоочищение воды, является наличие в ней растворенного кислорода. Если
кислорода недостаточно, то высшие организмы погибают. Органические соединения
вместо окисления подвергаются анаэробному разложению с выделением сероводорода,
углекислого газа, метана и водорода, создающих вторичные загрязнения водоема.
По санитарным нормам (СНИП) значение БПК в зависимости от
типа природных водоемов не должно превышать 3–6 мг О2/лН2О.
В сточных водах БПК составляет от 200 до 3000 мг/л, поэтому при сбросе в
водоемы промстоков необходимо их чистить или сильно разбавлять.
Главным критерием качества воды и атмосферы в нашей стране
являются ПДК. Но они установлены далеко не для всех веществ. Спуск в водоемы
новых веществ, ПДК которых не определены, в нашей стране запрещен. Кроме того,
часто используют значения ПДК не для сточных вод, а для водоема. Таким образом,
появляется возможность достичь установленного ПДК простым разбавлением сточных
вод, чем часто пользуются. Около половины сточных вод на Земле не подвергается
специальной очистке перед сбросом в водоемы. Их обезвреживание заключается лишь
в разбавлении чистой водой и самоочищении водоемов. Например, сточные воды
заводов по производству полиэтилена и полистирола надо разбавлять в 30 раз;
сточные воды от производства синтетического каучука – в 185 раз.
В России ежегодно образуется около 21 км3 сточных
вод, из них 16 км3 сливаются в Волгу или ее притоки. Выбросы Си, Zn, Сг превышают ПДК. Поэтому
принято специальное постановление по защите окружающей среды в бассейнах Волги
и Урала.
Сбросы сточных вод регламентируются также величиной ПДС
(предельно-допустимого сброса) предприятия. В 90-х годах в мире использовали
2000–3000 км3 пресных вод, т. е. примерно 30% устойчивого мирового
стока рек. Чтобы не погибнуть, чистить воду придется всем странам. Кроме того,
пресная вода, удобная для использования, распределена крайне неравномерно. В
Европе и Азии, где проживает 70% населения Земли, мировых запасов речных вод
очень мало. Гидроресурсы нашей страны велики, однако более 80% речного стока
приходится на малонаселенные районы Севера и Востока. На Европейской части
России проживает около 80% населения и на них приходится всего 20%
гидроресурсов.
Таким образом, влияние хозяйственной деятельности человека
на кругооборот воды в природе привело к:
·
сокращению количества воды в водоемах суши;
·
росту водопотребления;
·
исчерпанию самоочищающей способности водоемов;
·
деградации природных вод.
Выход из положения – создание замкнутых водооборотных систем. Помимо перечисленных выше факторов
это связано с экономическими соображениями. Стоимость очистки сточных вод даже
после значительного разбавления очень велика. Так, если принять стоимость 90%
очистки за 1 условную единицу (у. е.), то очистка на 99% дороже в 10 раз (10 у.
е.), а очистка на 99,9%, которая требуется чаще всего, будет дороже уже в 100
раз, т. е. составит 100 у. е. В результате локальная очистка сточных вод только
от характерных для данного вида стоков загрязнений для их повторного
использования в том же производстве оказывается существенно дешевле их полной
очистки в соответствии с требованиями санитарных органов.
Для характеристики замкнутых водооборотных систем
используется критерий кратности использования воды в обороте:
те – общий объем воды, потребляемый
предприятием (м3/ч; м3/г сырья или продукции);
Q3 –
забор потребления свежей воды.
Чем больше кратность использования, Тем совершеннее схема
водоснабжения. В США в 1995 г.
среднее значение кратности равнялось 7,5. В России в 1995 г. критерий кратности
использования воды по отраслям составлял:
Нефтехимия –
7,00
Черная и цветная металлургия –
5,25
Пищевая промышленность –
3,00
Теплоэнергетика –
2,25
Производство стройматериалов –
1,60
Легкая промышленность –
1,30
В нашей стране планировалось довести этот показатель в
ближайшие годы до 7,00 в среднем по предприятиям, а в США – до 27.
Создание экономически радикальных замкнутых систем водного
хозяйства – весьма трудная задача. Сложный химический состав сточных вод,
разнообразие содержащихся в них соединений делают невозможной разработку
универсальной бессточной технологической схемы. Можно говорить лишь об общих
принципах создания и проектирования бессточных схем.
Основные положения создания водооборотных систем:
1. Разработка научно обоснованных требований к качеству
воды, используемой во всех технологических процессах и операциях. В подавляющем
большинстве случаев нет необходимости в использовании воды питьевого качества.
2. Максимальное внедрение систем воздушного охлаждения
вместо водного. Здесь большую роль сыграло бы внедрение агрегатов большой
единичной мощности. При этом высокоэнергетическое тепло используется для
технологических целей, а низкоэнергетическое – для обогрева. Так, например, в
результате внедрения установок воздушного охлаждения на предприятиях
нефтепереработки потребление воды в среднем сократилось на 110–160 млн м3/год
(Омский нефтеперерабатывающий завод и др.).
3. Размещение на промышленных площадях комплекса производств
(так называемых территориально-производственных комплексов – ТПК) должно
обеспечить возможность многократного (каскадного) использования воды в
технологических процессах и операциях.
4. Последовательное многократное использование воды в
технологических операциях должно по возможности обеспечить получение небольшого
объема максимально загрязненных сточных вод.
5. Использование воды для очистки газов от водорастворимых
соединений целесообразно только тогда, когда из газов извлекают, а затем
утилизируют ценные компоненты.
6. Применение воды для очистки газов от твердых частиц
допустимо только в замкнутом цикле.
|