методичка экология ПроЭкол Москва

вибрионов, вирусов лептоспироза и др.). Они не должны обнару-

живаться в 25 л питьевой воды.

6. Органическое загрязнение воды определяют косвенным пу-

тем по количеству кислорода, необходимого для окисления ор-

ганических примесей в одном литре воды. Чем больше требуется кислорода, тем грязнее вода. Применяют два показателя: биоло-

гическая потребность в кислороде за определенное время БПК

(БПК5 за 5 суток, БПК20 за 20 суток) и химическая потреб-

ность в кислороде ХПК. Причем ХПК более полная оценка загрязнения, при определении которой вовлекаются в реакцию даже трудноокисляемые органические вещества. Величины БПК и ХПК особенно важно учитывать для сточных вод. Если БПК/ХПК меньше 0,5, то сточные воды считаются пере-

насыщенными трудноокисляемыми (а значит, и трудноудаляе-

мыми) соединениями. По международным стандартам 1982 г. при ХПК 100 мг/л вода считается чрезвычайно загрязненной.

Качество воды, во многом зависящее от количества раство-

ренного в ней кислорода, можно оценить двояко: по насыщению воды кислородом в процентах от максимально возможного при данной температуре и по содержанию кислорода в одном литре.

По международным стандартам 1982 г. вода высокого качества должна иметь эти величины не менее 60 % и 4 мг/л соответ-

ственно. Во многих стандартах последних лет этот параметр не оговаривался, так как при норме параметров предыдущих пяти групп кислородные показатели выполняются практически всегда.

Нормирование качества воды поверхностных водоемов так-

же производится по параметрам, которые описаны выше. Но оно имеет ряд особенностей. Так, в соответствии с Санитарными пра-

вилами и нормами «Охрана поверхностных вод от загрязнений»

(СанПиН 4630-88) установлено две категории водоемов (или их участков):

а) питьевого и культурно-бытового назначения;

б) рыбохозяйственного назначения.

Для первой категории вода должна соответствовать норма-

тивам на расстоянии не менее 1 км от места водозабора. Для вто-

рой категории вода должна быть нормативной везде, кроме рай-

она сброса сточных вод (но не далее 500 м от него).

Ввиду многообразия вредных и токсичных веществ в водо-

емах их объединяют в группы и каждую нормируют по лимити-

рующему показателю вредности (ЛПВ). Для водоемов первой категории выделяют три вида ЛПВ: санитарно-токсико-

логический, общесанитарный и органолептический. Они при-

мерно соответствуют описанным выше группам (токсичность гр. 3; органолептика гр. 2). Для рыбохозяйственных водоемов используют еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяй-

ственный. Причем в данном случае многие параметры, которые в первой категории водоемов относятся к общесанитарным, явля-

ются токсикологическими (цинк, например) или рыбохозяйст-

венными (фенолы, например), т. к. значительно влияют на жизнь в водоемах.

Требованиями СанПиН запрещается сбрасывать в водоемы сточные воды, если технологически этого можно избежать; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Что может быть с водоемами, в которые канализационные и промышленные стоки сбрасываются вопреки требованиям нор-

мативов, можно видеть на примере не только нижней части рек Темерник и Дон, но и тех прибрежных частей морей, куда сбра-

сываются стоки городов Владивосток, Одесса и др. Сказывается это и на подземных водах. Так, почти во всех родниках г. Росто-

ва-на-Дону Коли-индекс на несколько порядков выше нормати-

вов.

Каждый потребитель предъявляет к воде свои особые требо-

вания, которые оговорены соответствующими ГОСТами. Эти требования достаточно жесткие, их все труднее соблюдать в ус-

ловиях, когда потребность в воде растет и увеличивается загряз-

нение сбросами, что трудно совместить. Например, в воде для

приготовления пива не должно быть сульфатов, а в питьевой воде их может быть до 500 мг/л; для воды на сахарном произ-

водстве не допускается присутствие соли и т. п.

6.4. Основные причины загрязнения воды и принципы борьбы с

ними

Всемирная организация здравоохранения еще в 80 х гг.

ХХ в. обнародовала сведения, согласно которым в мире ежесу-

точно умирает 25 тыс. человек в результате употребления загряз-

ненной воды. По данным американских исследователей воздей-

ствие единицы объема токсиканта, попавшего в воду, аналогично воздействию десяти единиц этого же токсиканта, выброшенного в воздух. Вместе с тем, потребление воды в мире за ХХ в. увели-

чилось в 7 раз.

Природные воды могут быть загрязнены самыми различны-

ми примесями, разделяющимися на группы по их биологическим и физико-химическим свойствам. К первой группе относятся ве-

щества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекуляр-

ном или ионном состоянии (это две разные подгруппы). Вторая группа это те вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы (это также две разные подгруппы). В колло-

идном состоянии могут быть минеральные или органические час-

тицы, нерастворимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взве-

сями же являются чаще всего планктон, бактерии и нераствори-

мые мельчайшие твердые частицы1.

Содержание естественных (природных) частиц в поверхно-

стных водах неодинаково. Минимальное содержание солей ха-

рактерно для наших северных рек, а для южных, питаемых под-

земными водами, максимальное, до 1,5 г/л. По виду исходных

(природных) солей, превалирующих в воде, реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Север-

1 Одним из первых загрязнителей водоёмов можно, наверное, считать

Геракла, который очистил Авгиевы конюшни, направив туда реку.

ский Донец), хлоридные и т. п. Но все же состояние рек в первую очередь определяется антропогенным фактором.

Наибольшее влияние на состояние рек оказывает сельскохо-

зяйственное производство. Применение пестицидов (от «пест»

вред, «цидо» убивать) во многих случаях буквально уничтожа-

ет биоценоз реки, особенно при работах на землях, непосредст-

венно примыкающих к руслу. В 1984 г. в бывшем СССР было ис-

пользовано более 23 млн т удобрений и более 150 тыс. т герби-

цидов. Вследствие их небрежного хранения, неправильной задел-

ки в почву и просто халатности (например, химикаты с самоле-

тов-опылителей оказались в прудах Манычской системы Ростов-

ской области) часть этих химических средств попадает в реки (в

том числе с талыми и паводковыми водами).

Загрязнение рек промышленными и бытовыми стоками по массе стоит на втором месте, но, зачастую, по вредности является определяющим. Так, сбросы предприятий электронной и радио-

промышленности, использующие хлорорганические растворите-

ли, отходы целлюлозно-бумажных комбинатов даже при сравни-

тельно небольшой величине стоков убивают диоксинами все жи-

вое в ближайших водоемах. Установлены, например, громадные концентрации диоксинов в районе Уфы, вблизи предприятий

«Химпром» и «Каустик» (1994 г.), в Стерлитамаке рядом с по-

лигоном захоронения токсичных отходов (1993 1995 гг.) и др.

Хрестоматийным для Ростова-на-Дону стал, например, случай аварии на канализационной насосной станции в 1993 г., в резуль-

тате которой пришлось все стоки без очистки сбрасывать прямо в Дон (около 600 000 м3 в сутки). Для уменьшения этих стоков хотя бы на 15 20 % было принято решение перевести предприятия,

сбрасывающие стоки в канализацию, на голодный водный режим.

В результате в р. Дон сбрасывались в основном хозфекальные воды (одновременно несколько увеличилось их разбавление во-

дой из Цимлянского водохранилища). При этом анализы показа-

ли значительное улучшение всех показателей качества воды (кро-

ме органического загрязнения) в районе ниже сброса (особо у

водозабора Азова) по сравнению с нормальной работой, когда слабо очищенные стоки предприятий вместе с канализационными поступали в Дон. Такова роль предприятий. Следует иметь в ви-

ду, что к органическому загрязнению наши водоочистные соору-

жения, как правило, готовы, чего нельзя сказать о загрязнении солями металлов, диоксинами и т. п. Именно такое загрязнение характерно для объектов МПС, сбрасывающих ежегодно не-

сколько сот миллионов кубометров загрязненных стоков. Так, в 2002 г. сброшено почти 45 млн м3 стоков (почти вдвое меньше,

чем в 1991 г.), но следует иметь в виду серьёзный характер за-

грязнения – нефтью, мазутом, хлоридами, сульфатами, СПАВ и др. Тем более, что до требуемых нормативов очищается лишь 1/5

стоков.

Особенно следует выделить нефтяное загрязнение водоемов.

Мало того, что продукты разложения нефти чрезвычайно токсич-

ны (так, нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приво-

дит к гибели живых организмов в воде), в Мировой океан еже-

годно поступает до 3 10 млн т нефти и ее производных (1 т неф-

ти покрывает воду пленкой на 10 12 км2 прежде всего за счет аварий танкеров и работы судовых дизелей. Определено влияние и лодочных подвесных моторов. За один час работы лодочного мотора «Вихрь» в водоем поступает 0,5 г бенз(а)пирена). Созда-

ны специальные суда для сбора нефтяной пленки с поверхности воды (одно такое судно вылавливает 250 т мазута за год). Запад-

но-Сибирским геологоразведочным нефтяным институтом разра-

ботан специальный бактериальный препарат, несколько граммов которого достаточно для снятия пленки нефти за сутки на площа-

ди в 1 га (0,01 км2). Но уже 1 т пролитой нефти требует более 1 кг этого достаточно дорогого вещества.

В последнее время в воде все чаще встречаются вредные элементы (свинец, олово, цинк, медь, ртуть, радиоактивные изо-

топы), вода имеет кислую среду, в которой не могут жить рыбы.

Чувствительность пресноводных организмов к закислению воды иллюстрирует рис. 6.2 (рН = 7,0 соответствует нейтральной воде).

Основные меры борьбы с загрязнением водоемов:

1. Установление прибрежных защитных полос и водоохран-

ных зон в соответствии с Водным кодексом РФ. В прибрежных защитных полосах (шириной 10–50 м от уреза реки) запрещаются любые работы от распашки земли до выпаса скота, применение пестицидов, размещение предприятий и ферм. В водоохранной зоне до 300 м от уреза воды запрещается размещение любых объектов, которые могут оказать влияние на состояние реки, не допускается вырубка насаждений и т. п. Зоны устанавливаются на основании тщательных обследований и закрепляются специ-

альным проектом, учитывающим рельеф местности и уже суще-

ствующие объекты. Они либо ликвидируются, либо органами Минприроды устанавливается особый режим водопользования.

При ограничении этих зон вдоль р. Темерник (приток р. Дон) ус-

тановлены особые режимы водопользования для некоторых жи-

вотноводческих и приусадебных ферм, ряда заводов г. Ростова-

на-Дону, садовых участков, жилых домов и гаражей. Подтвер-

жден большой ущерб реке за счет вырубки прибрежных лесопо-

лос строителями и садоводами. Водоохранная зона обозначается специальными знаками. Работы в ней в особых случаях могут проводиться лишь по согласованию с государственными органа-

ми.

2. Отказ от чрезвычайно ядовитых сельскохозяйственных пестицидов, прежде всего хлорсодержащих. Ведь именно их производит завод «Химпром» (Уфа), об обстановке вокруг кото-

рого речь шла выше.

3. Уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет снижения водоемкости производства и применения оборотных

(замкнутых, полузамкнутых) систем водоснабжения.

4. Разделение промышленных и хозяйственно-бытовых стоков. Обеспечение их очистки перед сбросами в водоемы. Для г. Ростова-на-Дону, например, в канализационных стоках сбросы промпредприятий или смывы с промплощадок составляют при-

мерно пятую часть. При этом большая доля стоков поступает на

очистные сооружения канализации, способные утилизировать лишь чисто бытовые воды. Поэтому в р. Дон поступают слабо очищенные воды. Ввиду недостаточной пропускной способности канализационной сети до 10 % всех городских стоков напрямую подается насосами в р. Темерник. Все это губительно сказывается на нижней части Дона, хотя общая водность Темерника на 2–3

порядка меньше. Для исправления положения пришлось объеди-

нить усилия властных структур области, города и привлечь ре-

сурсы Мирового банка (см. приложение 3).

Снижение опасности загрязнения водоемов нефтью и нефте-

продуктами как за счет повышения надежности танкеров, так и мер организационно-правового характера. В Государственной Думе Федерального Собрания РФ даже рассматривался проект закона «Об использовании нефтепродуктов». К сожалению, он не был принят. Особенно страдают от нефтяного загрязнения пой-

менные части крупных рек. Так, затопляемая пойма Нижнего До-

на уникальное природное явление, источник природных кормов и воспроизводства рыбной молоди в последние годы является приемником нефтесмывов южных нефтебаз (Батайской, Матвее-

во-Курганской и др.), разлива нефти в результате аварий на неф-

тепроводах и судах. Только в 1995 г. три танкера слили нефть в воды Дона.

рН

Рис. 6.2. Реакция пресноводных на закисление воды

В Уголовном кодексе (1997) в главе «Экологические престу-

пления» несколько статей посвящено охране водных объектов:

ст. 250 «Загрязнение воды» (в особо опасных случаях предусмат-

ривается лишение свободы до 5 лет); ст. 252 «Загрязнение мор-

ской среды» (до 5 лет); ст. 257 «Нарушение правил охраны рыб-

ных запасов» (исправительные работы до 2 лет) и др.

6.5. Понятие о методах очистки воды

Очистка воды предназначена для доведения всех парамет-

ров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей.

Существенно отличается очистка воды для питьевых нужд, в тех-

нологических целях (как из поверхностных водоемов, так и под-

земных вод) и очистка сточных вод, причем даже для промыш-

ленных стоков, сбрасываемых в водоемы или на грунт и сливае-

мых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточаются. Считается, что сум-

марные затраты на очистку сточных вод современных предпри-

ятий в среднем составляют от 15 до 40 % их общей стоимости.

Методы очистки воды при всем их многообразии можно подразделить на три группы: механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется прежде всего для от-

деления твердых и взвешенных веществ. Наиболее типичными в этой группе являются способы процеживания, отстаивания,

инерционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания

(как разновидность отстаивания), все они используются для об-

работки сточных вод. Для водоподготовки из этой группы наибо-

лее широко применяются отстаивание и фильтрование.

Процеживание первичная стадия очистки сточных вод: во-

да пропускается через специальные металлические решетки с ша-

гом 5 25 мм, установленные наклонно. Периодически они очи-

щаются от осадка с помощью специальных поворотных приспо-

соблений.

Отстаивание происходит в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, верти-

кальные, радиальные и комбинированные. Общими для них яв-

ляются выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника являются песколовки, приме-

няющиеся для выделения частиц песка в стоках литейных цехов,

окалины в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов и т. д.

Как правило, время нахождения воды в песколовках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

Инерционное разделение осуществляется в гидроциклонах,

принцип действия которых аналогичен циклонам для очистки га-

зов. Различают открытые и напорные гидроциклоны, причем пер-

вые имеют большую производительность и малые потери напора,

но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

Фильтрование осуществляется чаще всего через пористые связанные или несвязанные материалы. Как правило, фильтры

очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при неболь-

ших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообраз-

ны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др.

Песчаные фильтры основные очистители при водоподготовке.

Нефтеловушки в самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых выход очищенной воды происходит снизу, а нефтяная пленка собирается сверху.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей.

Она включает множество разных способов, важнейшими из кото-

рых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление,

сорбция, коагуляция, ионообменные методы и др.

Экстракция процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Напри-

мер, в специальных колонках (пустотелых или заполненных на-

садками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбирающим вред-

ные вещества: так бензолом удаляется фенол.

Флотация процесс всплывания примесей (чаще всего мас-

лопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, пода-

ваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и примесями происходит реакция. Разновидность метода элек-

трофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Нейтрализация обработка воды щелочами или кислотами,

известью, содой, аммиаком и т. п. с целью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализации сточных вод смешение кислых и щелочных сто-

ков, если они имеются на предприятии.

Окисление применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обеззараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распространен-

ный способ хлорирование чреват, как указывалось ранее, по-

явлением диоксинов (особенно при вынужденном повышении до-

зы хлора летом или в период паводка, так называемом гиперхло-