Масштабы и последствия загрязнения природных вод

Вид материала

Содержание

Водооборотный цикл – наиболее рациональный
Основные методы очистки сточных вод

Подобный материал:

Проблема чистой воды

Масштабы и последствия загрязнения природных вод.

Майоров С.А. Седов Ю.А. Парахин Ю.А.

Расход чистой воды на Земле составляет около 40 % речных

стоков. При сохранении существующих темпов загрязнения водных

бассейнов и предполагаемого роста водопотребления в начале XXI

века все мировые запасы чистых пресных вод могут оказаться исчер-

панными.

Вода становится одним из дефицитных природных ресурсов.

Главная причина истощения водных резервов – сброс неочищенных

промышленных и сельскохозяйственных стоков в общие источники

чистой воды. Сброс делает непригодным к потреблению в тысячи раз

большее количество воды, чем безвозвратное промышленное потреб-

ление. Так, еще недавно многие крупные города (например, Вена,

Будапешт, Бухарест) сбрасывали в Дунай неочищенные бытовые

стоки; значительная часть бытовых стоков Парижа поступала в Сену;

в США 20 млн. т отходов в виде различных химических веществ

сбрасывались ежегодно в озеро Верхнее, превращенное в отстойник

сточных вод; на протяжении десятилетий воды Рейна ежегодно несли

в океан до 24 млн. т вредных отходов.

В загрязнении водоемов значительную роль сыграло сельское

хозяйство. Известно, что Япония, где на душу населения приходится

всего 0.067 га пахотных земель, достигла самообеспечения важней-

шими продуктами питания (отдача земель в Японии втрое превышает

отдачу земель в США) благодаря широкому использованию удобре-

ний. Значительная часть удобрений не усваивается растениями и

смывается дождями и талыми водами в реки и водохранилища. В

последних, благодаря обильному питанию, развиваются водоросли, в

особенности короткоживущие сине-зеленые, при разложении кото-

рых выделяется отравляющий водоемы сероводород. В результате

загрязнения водоемов особенно велик ущерб для рыбного хозяйства.

Сброс неочищенных сточных и промышленных вод приводит к

уничтожению мест нереста промысловых рыб и их кормовых баз.

Чрезвычайно тревожно загрязнение водоемов химическими вещест-

вами, применяемыми для борьбы с вредителями растений. Примене-

ние пестицидов, например ДДТ, принесло человечеству определен-

ную пользу. Так, использованию ДДТ мы обязаны победами над ма-

лярией (только на Шри Ланке широкое применение ДДТ снизило за

год смертность населения на 34 %). Вместе с тем, быстро обнаружи-

лись и негативные последствия использования пестицидов – уничто-

жение полезных насекомых и птиц, появление устойчивых популя-

ций вредителей. Так, в 1964 г. ученые обнаружили по меньшей мере

140 видов насекомых, устойчивых к инсектицидам, причем 80 видов

были переносчиками болезней. Кроме того, пестициды, накаплива-

ются в опасных количествах в организмах: попав в пищевые цепи,

они концентрируются в организмах рыб, птиц и высших животных в

концентрациях, на порядки превышающих фоновые содержания.

Глубокую озабоченность вызывает загрязнение Мирового

океана в результате сброса промышленных стоков и аварий нефтя-

ных танкеров. Нефть тонким слоем покрывает поверхность воды,

прекращая доступ в воду кислорода и вызывая массовую гибель мор-

ских организмов. Тоннаж танкерного флота растет, увеличивается

средняя грузоподъемность танкеров, все больше нефтяных скважин

появляется на морском шельфе. В результате аварий большое коли-

чество нефтепродуктов попадает в океан. В 1962–1989 г.г. в резуль-

тате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т нефти, с про-

мышленными и бытовыми отходами ежегодно поступает еще 2.5

млн. т. О масштабах проблемы говорят наблюдения экспедиции Тура

Хейердала, сорок дней плывшей по атлантическим водам, сплошь

покрытым нефтяной пленкой.

Возвращаясь к загрязнениям местных рек и водоемов, нельзя

не отметить периодически возникающие чрезвычайные ситуации,

связанные со вспышками холеры. Инфекция очень часто распростра-

няется через воду. В Советском Союзе эпидемия холеры была зафик-

сирована в 1965 г. в Каракалпакии и на юге Украины. Спустя пять

лет вспышки этого заболевания наблюдались в Астрахани, Керчи,

Одессе, Батуми. Очаги были подавлены, и в течение многих лет ре-

гистрировались лишь единичные случаи холеры. Начиная с 1992 г.,

вновь отмечают наступление этого опасного инфекционного заболе-

вания. Случаи болезни зафиксированы в Москве, Херсонской, Нико-

лаевской, Одесской областях, в Крыму. Вирулентные возбудители

холеры почти каждый год обнаруживаются в водах рек бассейна Се-

верского Донца, в том числе и на территории Харьковской области.

Благоприятными условиями для распространения холеры служит

высокий уровень бактериального загрязнения рек и водоемов, аварии

очистных сооружений, сброс недоочищенных канализационных вод в

реки.

Современный уровень техники и технологии очистки сточных

вод обеспечивает получение воды практически любой степени чис-

тоты. Следовательно, загрязнение водоемов происходит по причинам

экономического, а не технического характера. Необходимо довести

затраты на регенерацию сточных вод до уровня, не превышающего

затрат на сооружение водозабора, транспортировку воды, водоподго-

товку и очистку стоков перед сбросом в водоемы. К сожалению, до

сих пор чистая вода рассматривалась как природный дар, не имею-

щий цены. В настоящее время во многих развитых странах установи-

ли цену на воду из природных источников. Это, несомненно. способ-

ствует внедрению систем оборотного водоснабжения, наиболее раци-

онального способа защиты водоемов от загрязнения.

Водооборотный цикл – наиболее рациональный

способ защиты водоемов

Стоимость очистки сточных вод до предельно допустимых

концентраций загрязнителей даже после значительного разбавления

весьма высока.

Если принять стоимость очистки на 90 % за единицу, то очи-

стка на 99.9 % будет стоить в 100 раз дороже, а именно она чаще

всего требуется для сброса в водоемы. Поэтому частичная очистка

сточных вод, достаточная для их повторного использования в произ-

водстве, во многих случаях оказывается дешевле их полной очистки

до санитарных норм. В экологическом отношении водооборот также

значительно более эффективен, чем прямоточная система водоснаб-

жения.

Чем меньше свежей воды потребляется предприятием на 1 т

сырья или продукта, тем экологически совершеннее его система во-

доснабжения.

Наиболее рационально организовано использование воды в

нефтехимической промышленности, в то время как пищевая, легкая

промышленность, теплоэнергетика недостаточно ответственно отно-

сятся к использованию водных ресурсов. Критерием рационального

водопотребления является кратность использования воды (σ – отно-

шение общего объема воды к потреблению свежей воды, рассчитан-

ное на единицу стоимости продукции) (табл. 3.5).

Таблица 3.5. Кратность использования воды в некоторых отраслях

народного хозяйства

Отрасль σ

Нефтехимическая промышленность 6.96

Химическая промышленность 4.77

Черная металлургия 4.66

Пищевая промышленность 3.07

Легкая промышленность 1.25

Создание экономически рациональных замкнутых систем вод-

ного хозяйства является весьма трудной с экологической точки зре-

ния задачей. Сложный физико-химический состав сточных вод, раз-

нообразие примесей, их взаимодействие друг с другом делают не-

возможным подбор универсальной схемы.

Принципиальная схемаводооборотного водоснабжения включает следующие этапы:

1) забор воды из природного источника;

2) перекачка воды насосами в циркуляционную систему;
3)пополнение системы оборотной водой;
4) водоиспользование;
5) охлаждение и очистка оборотной воды, подающейся

насосами на пополнение системы. На стадиях
4) и 5) происходят потери воды, которые и обусловливают необходимость забора некоторого количества воды из природных источников.

При создании водооборотной схемы необходимо, прежде

всего, определить требования к качеству воды, используемой в тех-

нологических процессах. Очень часто оказывается, что возможно

многократное использование воды без очистки или с частичной очи-

сткой, в зависимости от требований к качеству воды для различных

технологических операций.

Из множества методов оценки загрязнения водоемов наиболее

точным является биотестирование, т.к. с помощью химических мето-

дов невозможно оценить биологический эффект от взаимодействия

попавших в воду веществ. Тестовыми объектами для определения

токсичности сточных вод чаще всего выступают дафнии или цик-

лопы при анализе пресных вод и артемии – при анализе морской

воды.

Экологически эффективнее в ряде случаев оказываются замк-

нутые циклы водного хозяйства не отдельного предприятия, а круп-

ного комплекса или района.

В настоящее время около 70 % потребности предприятий в

воде на производственные нужды уже обеспечивается из систем во-

дооборотного и повторного водоснабжения.

Основные методы очистки сточных вод

Легче всего удалить из сточных вод органические вещества,

труднее – соли. На 9000 крупных действующих в странах СНГ очист-

ных комплексах из сточных вод извлекается 90 % органических со-

единений, а также 20–40 % неорганических.

Удаляют соли несколькими методами: дистилляцией, вымора-

живанием, электродиализом, обратным осмосом, ионообменной очи-

сткой.

Дистилляция является наиболее хорошо освоенным и широко

применяемым методом. Самые сложные из имеющихся установок та-

кого типа очищают 15–36 м3 воды в сутки. Главный их недостаток –

большой расход энергии (не менее 60–70 кВт.ч на 1 т чистой воды).

Тем не менее, в Гонконге и Кувейте построены дистилляционные ус-

136

тановки большой мощности (180 тыс. м3 в сутки). В Казахстане на

побережье Каспийского моря работает установка производительно-

стью 120 тыс. м3 в сутки и проектируется установка мощностью до 1

млн. м3 в сутки. Себестоимость воды составляет примерно 0.20 $ за

1 м3.

Вымораживание как способ очистки имеет определенные тех-

нологические и энергетические преимущества: не надо проводить

предварительную подготовку воды, бороться с накипью, можно ис-

пользовать дешевые конструкционные материалы. Однако процесс

отличается значительной сложностью аппаратурного оформления,

контроля и эксплуатации по сравнению с другими методами.

Электродиализ основан на направленном переносе ионов дис-

социированных солей к электродам под действием постоянного элек-

трического тока через селективные мембраны, изготовленные из ес-

тественных или синтетических ионообменников. При прохождении

тока через пакет мембран катионы перемещаются к катоду, а

анионы – к аноду. Поскольку катионообменные мембраны пропус-

кают только катионы, а анионообменные – анионы, камеры пооче-

редно обогащаются и обедняются электролитом. В результате исход-

ный раствор удается разделить на два потока – обессоленный и кон-

центрированный. Метод позволяет не только разделить стоки на чис-

тую воду и концентрированный раствор солей, но и превратить рас-

творы солей в кислоты и щелочи.

Обратный осмос – это разделение водных растворов путем

фильтрования через полупроницаемые мембраны под давлением. Его

преимущества – малые энергозатраты, простота изготовления, мон-

тажа и эксплуатации установок, малые их габариты. В мире методом

обратного осмоса обессоливают более 3 млн. м3 в сутки. В ряде стран

освоено производство малых опреснительных установок производи-

тельностью до 1 тыс. м3 в сутки, созданы необходимые условия для

широкого внедрения установок обратного осмоса для опреснения со-

леных вод (налажено производство плоских полупроницаемых мем-

бран, разработана технология гиперфильтрационных полых волокон,

схемы и конструкции опреснительных установок). Мембранные ме-

тоды обессоливания значительно эффективнее дистилляционных, т.к.

удельные капитальные вложения для них в 1.75 – 2 раза меньше, а

стоимость очищенной воды в 2 – 2.5. раза ниже.

Ионообменная очистка основана на использовании ионооб-

менных смол с их последующей регенерацией. Этот метод приме-

сколько ценных компонентов, причем полнота извлечения и исполь-

зования сырья – категория историческая и зависит от потребностей

общества и уровня развития техники. Так, например, в районах ин-

тенсивного развития цветной металлургии (Урал, Алтай, Норильск и

др.) ждут своего часа отвалы шлаков старых и действующих заводов,

содержащих большое количество ценных элементов (молибдена, ко-

бальта, кадмия, теллура, германия, рения и др.). Строительство и со-

держание отвалов требует затрат значительных средств. Например,

только за сутки работы ТЭС средней мощности сжигается около 10

тыс. т угля и образуется более 1000 т золы, под отвал которой высо-

той 8 м требуется площадь более 1 га в год. В то же время, эти шлаки

являются ценным сырьем для различных отраслей народного хозяй-

ства, например, промышленности строительных материалов. На

предприятиях черной металлургии в эпоху СССР из 600 млн. м3 еже-

годного объема накапливаемых пород и шлаков использовалось

лишь 13 млн. м3. В отвалах накоплено более 440 млн. т доменных и

сталеплавильных шлаков. Ежегодно добавляется еще 26 млн. т шла-

ков и 25 млн. т отходов обогатительных фабрик. На предприятиях

цветной металлургии содержится в отвалах 455 млн. т неиспользо-

ванных шлаков и ежегодно образуется еще около 32 млн. т твердых

отходов. На сернокислотных заводах накоплено 28 млн. т пиритных

огарков, содержащих 39 % железа, и ежегодно к ним добавляется

еще 5.7 млн. т. Предприятиями, производящими калийное удобрение

сильвинит (KCl.NaCl) накоплено 500 млн. т галитовых (солевых) от-

ходов. Это количество ежегодно увеличивается еще на 50 млн. т, в то

время как намечаемое их использование составляет всего 6.4 млн. т в

год. В отвалах заводов по производству фосфорной кислоты нахо-

дится около 120 млн. т фосфогипса. Лесозаготовительные предпри-

ятия накопили более млн. м3 древесной коры, причем из 17 млн. м3,

образующихся ежегодно используется лишь 9 %.

Приведенный перечень свидетельствует, что проблема сущест-

вует и стоит достаточно остро. Беда в том, что предприятия, остав-

шиеся новым независимым государствам в наследство от СССР,

строились давно, без учета экологической ситуации. И этим предпри-

ятиям еще долго предстоит работать. Перевод действующих произ-

водств на замкнутый цикл сопряжен с решением сложных техниче-

ских проблем и затратой значительных средств. Видится единствен-

ный выход – довести отходы до уровня товарной продукции или ис-

пользовать их как сырье для своего производства или в других от-

раслях промышленности. Практическое осуществление этих задач

Blog

Масштабы и последствия загрязнения природных вод

Содержание