Сточные воды и их очистка

К основным источникам загрязнения природных вод относятся  сточные воды промышленных и коммунальных предприятий. Среди первых – это  отходы производства при разработке рудных и других ископаемых, отходы древесины при обработке и  заготовке лесных материалов, первичная  обработка льна и других культур, сбросы водного и железнодорожного транспорта. Кроме того, из промышленных сточных вод особо важное значение в загрязнении водоемов поверхностно-активными веществами (ПАВ) и синтетическими моющими средствами (СМС) имеют стоки предприятий легкой промышленности, особенно текстильной, кожевенной, меховой. Здесь они применяются в качестве моющих средств для очистки шерсти, хлопковой пряжи, при крашении, отбелке и печатании тканей, или, например, для обезжиривания сырых кож при их дублении. В других отраслях ПАВ необходимы в различных "мокрых" технологиях, таких, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химического производства.

Еще одним  крупным загрязнителем водоисточников с применением ПАВ стала нефтедобывающая промышленность, широко использующая в своих технологических процессах эти синтетические вещества. Так, ПАВ нужны для улучшения технологии бурения нефтяных и газовых скважин, для борьбы с отложениями парафина, коррозией оборудования.

Сброс в природные  водоемы СМС даже в незначительном количестве ведет к образованию  пены, а также придает воде неприятный специфический запах. Синтетические  моющие средства угнетающе действуют  на биохимические процессы, а концентрация их в воде около       1 мг/л приводит к гибели мелкого планктона, при увеличении до 3 мг/л – гибели дафний, до 5 мг/л – замору рыбы.

Промышленные  и газодобывающие предприятия обильно  загрязняют сточные воды минералами, неорганическими веществами, солями и кислотами. Выбросы часто содержат соли металлов, сами металлы и их окислы, различные кислоты и цианистые  соединения, которые, воздействуя на организм человека, могут вызвать  интоксикацию, а при определенной токсической дозе привести к выраженному  отравлению с комплексом характерных  патологических сдвигов в организме. Водные организмы накапливают в  себе отравляющие вещества, которые  медленно выводятся и почти не обезвреживаются (ДДТ, ртуть, свинец). Многие из этих веществ обладают способностью сохраняться в воде в течение  многих лет и создавать опасность  отравления людей.

Международная статистика свидетельствует о том, что "токсическая ситуация", сложившаяся  в экономически развитых странах, характеризуется  постоянным ростом числа общих отравлений, среди которых на первом месте  по частоте бытовые и случайные  отравления, на втором – так называемые суицидальные, или преднамеренные, на третьем – профессиональные отравления, относящиеся к производственным заболеваниям и травмам.

Среди продуктов  производства, загрязняющих водоемы  токсическими веществами, опасными для  многих водных организмов, широко распространены углеводороды – нефть, мазут, бензин, керосин и др. Попадая в водоем со стоками, они придают воде неприятный запах, изменяют цвет, покрывают поверхность  воды пленкой, а смешиваясь с моющими  синтетическими средствами – толстой  пеной. Это резко нарушает естественный процесс газообмена с атмосферой и, в конце концов, приводит к значительному  понижению содержания кислорода  в воде и, как следствие, отмиранию  жизни в водоеме.

Автомобильный бензин и соляровое масло даже в малых концентрациях – 0,01 мг/л - делают воду непригодной для питья, точнее 1 мг этих веществ при поступлении в водоем делает непригодным 10 л воды.

Нефтепродукты, попадая в  водоем, создают плавающую по поверхности  воды пленку, а также смесь смоляных частиц в эмульгированой и растворенной формах. Установлено, что всего одна капля нефти растекается на поверхности в пленку площадью около 25 м2, а одна тонна нефти покрывает более 500 га поверхности водоема, что препятствует газообмену, в том числе поглощению водой кислорода. Отсутствие же аэрации, создающее дефицит кислорода, угнетает многие водные организмы и может оказаться пагубным для жизни водоемов.

Растворенные  и эмульгированые нефтепродукты наносят большой вред многим водным бактериям. При концентрации сернистой нефти и продуктов ее переработки в воде более 0,2 мг/л наблюдается гибель молоди рыб, при 1,4 мг/л – бентоса и 16 мг/л – замор рыбы. Процессы самоочищения воды от фенола и нефтепродуктов протекают очень медленно, и эти загрязнения (их следы) обнаруживаются на расстоянии до 100 км от места сброса. 

Бытовые сточные  воды, которые уносят с собой физиологические  выделения человека, воду от кухонь, столовых, механизированных прачечных, больниц, бань, хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений, гаражей и пр., как сказано выше, также загрязняют водоемы. В этих водах органические вещества составляют около 60%, остальные, примерно 40% – минеральные. Органические вещества в процессе разложения в природных водоемах требуют  много кислорода, а дефицит последнего приводит к гибели многих водных организмов и нарушению экосистем. Смотри рис.№1

Рис.№1. Сброс отходов  производства в водоем  (по Е. А. Криксунову и др., 1995)

Особенностью коммунальных сточных вод является их бактериальное  загрязнение, при котором в 1 мм3 воды могут содержаться десятки миллионов  болезнетворных бактерий. Природная  вода, загрязненная такими сбросами, совершенно непригодна для водоснабжения населения. Она содержит бактерии и вирусы, возбудители опасных болезней, которые  способствуют вспышкам различных инфекционных заболеваний, таких, как холера, дизентерия, паротит, инфекционный вирусный гепатит, туляремия и др.

С бытовыми сточными водами могут поступить в природные  водоемы и синтетические моющие средства. Так, в стоках крупных механизированных прачечных ПАВ содержится от 200 мг/л  и выше. Потребление ПАВ на одного жителя составляет 3,5 г в сутки. При потреблении воды в пределах 150-350 л на человека в сутки среднерасчетная концентрация ПАВ в коммунальных стоках составляет 7,1-20 мг/л. Но кроме ПАВ в сточных водах имеются различные ингредиенты синтетических моющих средств, среди которых преобладают триподифосфат натрия, кальцинированная сода, силикат натрия, оптические отбеливатели, алкилодамиды, сульфат натрия, отдушки парфюмерные и другие вещества. Определенное значение имеют также ливневые стоки, при затяжных дождях объем их может превышать бытовые, а загрязнение поверхности промышленных площадок, завалы мусором и химическими отходами значительно повысят загрязнение водоемов.

рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное  влияние на организмы. У пресноводных озер и рек рН воды обычно 6-7, организмы  адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего  на одну единицу рН по сравнению  с оптимумом приводит в большинстве  случаев к стрессу, а нередко  и к гибели организмов. Подкисление  озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы  и звери входят в состав пищевых  цепей, начинающихся в водных экосистемах.Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека. Рис.2.

Рис.№2. Антропогенное воздействие на круговорот органического  вещества в водоеме (по Л. Бауэру, X. Вайничке, 1971)

Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофизацией. Водоросли окрашивают воду в различные цвета и поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания.

Рис.№3. Процессы эвтрофизации (по Б. Небелу, 1993)

Тепловые  загрязнения связаны в основном с отводом водо-, теплоносителей в технологических процессах  промышленности, а также систем энергопроизводителей и энергопотребителей в природные водоемы. Поступление термальных вод, например, с атомных электростанций, металлургических заводов, дает разницу температуры в водоемах до 30°С, что уменьшает содержание кислорода в воде, затрудняет нормальный газообмен, стимулирует вспышки цветения водорослей, повышает токсичность ядовитых веществ, нарушая биологическое равновесие.

Опасным источником загрязнения водоемов все больше становится сельское хозяйство, и эта  опасность с каждым годом растет. Воды с сельскохозяйственных полей  могут содержать синтетические  моющие средства, различные химические соединения для борьбы с вредными насекомыми, сорными травами, грибками. Характерно, что за два десятилетия  производство и использование минеральных  удобрений и средств защиты растений в нашей стране выросло более  чем в 18 раз. Такое увеличение количества ядохимикатов, предназначенных для  уничтожения насекомых и сорняков и способствующих росту урожайности  сельскохозяйственных культур, вполне понятно.

Рис.№4. Последова-тельность смены видового состава и формирования сообщества водорослей,  
вызываемая тепловым загрязнением (по Ф. Рамаду, 1981) 
Действительно, применение пестицидов (инсектицидов, гербицидов, фунгицидов), химических веществ, обладающих токсическими свойствами по отношению к тем или иным живым организмам, в последние десятилетия позволило не только увеличить производство сельскохозяйственной продукции, но также предотвратить такие опасные для человека заболевания, как малярия и тиф. Однако, попадая в природные водоемы (при неправильном их применении) в значительных дозах, пестициды, особенно органохлористые (ДДТ и более ядовитые – дилдрин и эндрин), на протяжении многих месяцев не поддаются биологическому распаду, накапливаются в живых организмах планктона, рыб, переходя по пищевой цепочке в организм человека.

Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в  них температуры. В водоемах с  повышением температуры уменьшается  содержание кислорода, увеличивается  токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава  организмов, например, водорослей. 
С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.Важным источником пресной воды в ряде регионов России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы так же подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

             Химическая промышленность производит много новых веществ с неизвестными или только частично известными биологическими и токсикологическими свойствами. Среди таких веществ широкое распространение в 50-60-х гг. получили пестициды ДДТ, успешно применявшиеся тогда в борьбе с малярией и в целях повышения урожайности. Однако уже в начале 60-х гг. ученые и специалисты-практики стали высказывать опасения о последствиях использования биоустойчивых пестицидов, а некоторые из них выступили против чрезмерного применения ДДТ. Так, Р.Карсон, ученый в области биологии моря, в книге "Безмолвная весна" писала, что промышленники, владельцы крупных промышленных объединений заинтересованы лишь в скорейшем получении прибыли и не считаются с экологическими последствиями применения пестицидов. В последующие годы исследования специалистов у нас и за рубежом подтвердили правомерность осуждения такого рода излишеств в применении опасных пестицидов. Рис.№5. Выброс очищенных производственных сточных вод в водоем.

Теперь уже  окончательно установлено, что ДДТ (так же, как и ртуть) - особо  опасный ядохимикат, обладающий свойством  аккумуляции, т.е. накопления в тканях организма животных и человека. Действительно, хлорорганические соединения ДДТ сохраняют  свое действие в течение 10-25 лет. Неслучайно это опасное вещество было обнаружено в тушах животных севера и водоплавающих птиц. Известно также что ДДТ, попадая по пищевой цепочке в организм животных и человека, вызывает генетические изменения и онкологические заболевания. Поэтому у нас и во многих странах за рубежом ДДТ сейчас не применяют.

За последние  годы появился чрезвычайно опасный  загрязнитель водных объектов – диоксид. В самых малых дозах этот особый ядохимикат, попадая в организм человека, вызывает тяжелые заболевания, которые  поражают кроветворную, иммунную и  нервную системы. Даже в ничтожно малых дозах яд оказывает канцерогенное  и мутагенное действие.

           Попадая в организм беременной  женщины, диоксид пагубно действует  на новый организм, разрушая его. Болезни и уродства людей, вызванные ядом, передаются по наследству. Отравленная диоксидом печень в результате мутаций под влиянием яда начинает вырабатывать ядовитые для организма вещества.

Широкие круги  общественности узнали о коварном ядовитом веществе диоксиде в годы войны во Вьетнаме, когда американцы распылили  с самолетов около 200 кг этого  вещества. Результат – трагедия для вьетнамцев и бывших американских солдат, длящаяся десятилетия.В сельском хозяйстве есть крупный источник загрязнения – животноводство, которое создает большое количество органических загрязнителей (навоз, подстилки, мочевина), в конечном счете, оказывающихся в природных водоемах. Сточные воды с органическими веществами содержат массу биогенных элементов, включая азот и фосфор. Это стимулирует размножение фитопланктона (бурых и сине-зеленных водорослей), а также высших водных растений. Бурный рост количества потребителей кислорода приводит со временем к дефициту последнего. В воде начинают развиваться анаэробные процессы, ведущие к автотрофикации, т.е. повышению биологической продуктивности водных объектов в результате сосредоточения в воде большого количества биогенных элементов.              Таблица №1.