методичка экология ПроЭкол Москва

рировании). Необходимо постепенно переходить на другие спо-

собы, например, на комбинацию озонирование и хлорирование.

Озонирование дорого и имеет более кратковременное действие,

но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются ком-

бинации реагентов с ультрафиолетовой обработкой воды. Во вся-

ком случае, вода, применяемая для питья и содержащая харак-

терный запах хлора, перед употреблением должна отстаиваться и кипятиться, как минимум.

Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых ме-

таллов, непредельных углеводородов, частичек красящих ве-

ществ и т. п. Лучшим сорбентом и здесь является активирован-

ный уголь. Это относится и к различным минералам (шунгиту,

цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частич-

кам титана и др. На этих сорбентах работают многие бытовые фильтры для воды: «Родничок», «Роса» и др.

Коагуляция обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распространена при водоподготовке. Обработка ведется соедине-

ниями алюминия или железа, при этом образуются твердые не-

растворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод широко применяется электрокоагуляция, при кото-

рой вблизи электродов образуются ионы (результат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями.

Так отделяют тяжелые металлы, цианы и др.

Ионообменные методы достаточно эффективны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка про-

изводится синтетической ионообменной смолой и, если ей пред-

шествует механическая очистка, позволяет получить выделенные из воды металлы в виде сравнительно чистых концентрирован-

ных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водоподготов-

ки) используют установки обратного осмоса. В них вода про-

давливается через набор специальных микропленок при высоком

давлении (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве последних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они достаточно дороги и энергоемки.

Биологическая очистка возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае ор-

ганические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями,

простейшими, водорослями и т. п.) и превращаются в минераль-

ные вещества. В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (через почву) или в биологиче-

ских прудах прудах-отстойниках, в которых концентрация за-

грязнителей снижается до требуемых норм за счёт процессов са-

моочищения, осуществляемых микроорганизмами, водорослями,

беспозвоночными. Последние могут быть с поддувом воздуха (с

искусственной аэрацией). Большой интерес представляют выс-

шие водные растения (ВВР) для очистки воды (тростник, рогоз,

камыш, уруп, ряска и др.). Способность ВВР к накоплению, ути-

лизации, трансформации многих загрязняющих веществ делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоёмов.

В последнее время на территории РФ получило широкое применение тропическое цветковое растение Eichornia crassipes

эйхорния, или водный циацинт. Эйхорния может применяться там, где в течение не менее двух месяцев температура стоков на-

ходится не ниже 16 ºС. Эйхорния способна поглощать всё лиш-

нее, что загрязняет воду: нефтепродукты, фенолы, сульфаты,

фосфаты, хлориды, нитраты, СПАВы, щёлочи, тяжёлые металлы и проч. Улучшает БПК и ХПК, уничтожает патогенные микро-

организмы гнилостного ряда, нормализует общее микробное чис-

ло и Коли-индекс. Эйхорнию можно использовать для доочистки сточной воды и на городских очистных сооружениях, а также на сельскохозяйственных и промышленных стоках. Есть опыт при-

менения этого растения для очистки р. Темерник (г. Ростов-на-

Дону).

В качестве искусственных сооружений могут применяться аэротенки, окситенки, метатенки и биофильтры. В тенках («аэро»

с подачей воздуха; «окси-» с подачей кислорода; «мета-»

без доступа воздуха) сточные воды обрабатываются микроорга-

низмами. Но для их нормального функционирования необходимы определенные условия по температуре, рН и отсутствию многих солей. Поэтому разновидности этих сооружений чаще всего при-

меняются на тех очистных сооружениях канализации, куда не по-

ступают промстоки. На промышленных очистных сооружениях чаще применяются биофильтры, в которых активная биологичес-

кая среда образуется на специальной загрузке (шлак, керамзит,

гравий и т. п.). Эта биологическая среда (пленка) менее чувстви-

тельна к колебаниям параметров среды и сточных вод. Актив-

ность биопленки увеличивается при поддуве воздуха, подаваемо-

го обычно противотоком.

Выбор способов очистки и обеззараживания воды зависит от многих параметров и требований, важнейшие из которых: необ-

ходимая степень очистки и исходная загрязненность воды, по-

требные расходы и время очистки, наличие очистителей и энер-

гии и, конечно, экономические возможности. Но при всех мето-

дах очистки следует обращать внимание на вопрос утилизации осадка, образующегося при обработке воды (особенно токсичных промстоков). Как правило, осадок обезвоживают и производят захоронение на специальных полигонах или обрабатывают в био-

логических сооружениях. Существуют специальные печи для сжигания токсичных отходов с очень высокой полнотой сгорания

(за счет создания взвешенного слоя сгорающего вещества, тан-

генциальной подачи топлива и др.) и четырехступенчатой очист-

кой газовых выбросов (печи канадско-американской фирмы проф. Ормстона). Есть и отечественные разработки по сжиганию этого осадка в специально оборудованных металлургических пе-

чах с получением сравнительно безвредного строительного мате-

риала. Однако эти предложения пока еще недостаточно изучены.

И даже в г. Москве проблема осадка не решена. Тем не менее тщательная проверка качества питьевой воды в Москве, прове-

денная специалистами МГУ в 1995 1996 гг., показала, что оно

соответствует не только действующему стандарту 1982 г., но и подготавливаемому новому стандарту. Содержание меди, цинка,

свинца и др., а также хлора на 1 2 порядка меньше ПДК-82 даже в половодье! На фоне сообщений о том, что половина жителей России употребляет воду, не соответствующую гигиеническим требованиям, это обнадеживающий факт. Таким образом, терми-

ны «питьевая» вода и «чистая», к сожалению, часто не являются синонимами. И совсем не потому, что наши требования к воде питьевой недостаточно жёсткие. Приведём для сравнения нормы европейские, США, Всемирной организации здравоохранения и российские по некоторым параметрам, веществам и соединениям

– табл. 6.3.

					Таблица 6.3
Некоторые нормативы на питьевую воду
Параметр,		ПДК, мг/дм3			Примеча-
вещество					ние
	ЕС	США	ВОЗ	РФ
pH	6,5…9,5	6,5…8,5*	6,5…8,5	6…9	В ед. pH
Алюминий	0,2	0,2*	0,2	0,5	* – для
					ПДК
Бенз(а)пирен	10-5	2 · 10-4	7 · 10-4	5 · 10-6
					США оз-
Железо	0,2	0,3*	0,3	0,3
					начает
Марганец	0,05	0,05*	0,5	0,1
					возмож-
Медь	2	1,3	2	1
					ность ус-
Мышьяк	10-2	5 · 10-2	10-2	5 · 10-2
					тановле-
Нитраты	50	10	50	45
					ния норм
Нитриты	0,5	1	3	3,3
					властями
Свинец	10-2	1,5 · 10-2	10-2	3 · 10-2
					штата
Хлориды	250	250*	250	350
Цинк	5	5	3	5

Анализ показывает, что требования по многим веществам в РФ сопоставимы даже с неправительственными (ВОЗ), а по неко-

торым важнейшим (меди, банз(а)пирену, марганцу) – даже жёст-

че. Вместе с тем, как ежегодно отмечается в Государственных докладах о состоянии ОС России, в разводящих водопроводных

сетях большинства городов качество воды далеко не всегда соот-

ветствует нормам. Витой этому не только качество используемой воды и недостатки применяемых методов её очистки, о которых сказано выше, но и вторичные загрязнения, связанные с состоя-

нием магистральных, квартальных и внутридомовых разводящий сетей. В этих условиях многие жителииспользуеют различные методы улучшения качества воды «за краном», или «на финише»

(термин М. Ахманова).

К простейшим способам относятся: слив застоявшейся в трубах воды, отстаивание и кипячение используемой. Целесооб-

разно набирать воду впрок в период наибольшего забора – утром или вечером – (5–10 л) в нейтральные питьевые ёмкости. Если вода даже на вид загрязнённая, что свидетельствует об аварии или недоочистке на станции, отбирать воду нецелесообразно.

Отобранную воду лучше отстоять 10–12 ч, а затем верхние 2/3

отделить для использования. Кратковременное кипячение также благоприятно скажется на качестве воды (убиваются микроорга-

низмы, улетучивается часть хлорорганики). Существует и более сложный способ очищения воды от вредных веществ - вымора-

живание. Он основан на разнице температур замораживания для тяжёлой воды (дейтерий, тритий – при температуре около 3,8 ºС),

обычной чистой (0 ºС) и рассолов (растворённых в воде соедине-

ний вредных веществ – при минус 1 – минус 3 ºС). При замора-

живании вначале образуется «дейтериевый» лёд (удаляем), потом

– чистый лёд (отбираем), незамёрзший остаток – выливаем.

Сложность применения этого метода заключается в неопределён-

ности: какую часть при таком (фракционном) разделении состав-

ляет рассол. Чем чище вода «на кране», тем меньшую долю со-

ставляет загрязнённая растворенными вредностями вода. Экс-

пресс-оценки показывают, что в воде г.г. Москвы и С.-

Петербурга так называемый рассол составляет не более 1/10–1/5

исходной воды, в то время как в г.г. Ростове-на-Дону и Новочер-

касске – порядка 1/3–1/4. (Если остаток тоже замёрз, то его мож-

но удалить из центра вымыванием и использовать оставшийся ледовый «бублик»). В народе часто без всяких ухищрений ис-

пользуют талую воду – она, по народным приметам, полезна для ослабленного организма. Известно, что на полях, где задержаны были талые воды, урожай выше. В Сибири, кроме того, талую воду дегазируют нагревом почти до кипячения и быстрым охла-

ждением – этот метод рекомендуют ряд целителей.

И всё же сегодня наибольшее распространение в городах по-

лучила очистка «на кране» с помощью бытовых фильтров. Физи-

ко-химические основы их работы описаны выше, но они не охва-

тывают все конструктивные и конструктивные и компоновочные

(по составу) варианты фильтров. Насадки и кувшинные фильтры периодического действия (набрали, использовали) – наиболее просты по устройству, но требуют частой смены катриджа

(фильтрующего элемента – обычно сорбента – помещённого в оболочку). Проточные настольные (настенные) и стационарные фильтры чаще всего имеют двух-, трёх- и более ступенчатую очистку. Это может быть последовательное сочетание разных минералов – сорбентов, или разных технологий (например, сор-

бент, ионообменная смола, ультрафиолетовый излучатель, уст-

ройства для серебрения воды, омагничивания и др.).

При выборе фильтра важно обратить внимание на наличие соответствующего сертификата, внешний вид изделия, наличие гарантий и по возможности разобраться (ознакомиться) с его уст-

ройством. Вряд ли необходимо иметь специальное образование,

чтобы отказаться от фильтра, действие которого основано на син-

тетических смолах (например, эпоксидной) или вредных добав-

ках. Современный хороший фильтр (не всегда дорогой), как пра-

вило, имеет сменные катриджи или предполагает регенерацию катриджа (кипячением, кислотной обработкой). На некоторых ус-

танавливаются индикаторы годности (ресурса). Если они просто отсчитывают время работы или расход, то это не всегда показа-

тель выработки ресурса. В некоторых фильтрах индикатор анали-

зирует состояние пор катриджа (по потерям напора) или степень очистки воды. Важно понимать, что фильтр «на кране», перена-

сыщенный вредными веществами, более опасен, чем исходная

ССТВЗВ СоВЗВ n СуВЗВ ,

воды. Очистить фильтр не менее важно, чем выбросить пришед-

шие в негодность продукты из холодильника.

Таким образом, сегодня в большинстве населённых пунктов необходимо выбирать: применять исходную воду из источников в качестве питьевой «без затей» (что не всегда безопасно), ис-

пользовать бутилированную воду (в качестве постоянной питье-

вой – слабой минерализации, не более 1 г/л), специально подго-

тавливать воду (отстаивать, кипятить, вымораживать и др.) или использовать бытовые фильтры с учётом рекомендаций специа-

листов (необходимо знать исходные свойства и состав очищае-

мой воды).

6.6. Расчет стоков с промышленной площадки

Расчет производят с целью установления допустимых сбро-

сов для каждого загрязняющего вещества при учете категории водоема или требований приема в канализационную систему (ес-

ли сброс производится туда). По аналогии с ПДВ (для газов) эта величина называется нормативом предельно допустимых сбросо-

ви ПДС, причем зависит не только от условий сброса, но и от показателей воды в водоеме, его категории и т. п. Так, допусти-

мая концентрация взвешенных веществ в сточных водах ССТВЗВ оп-

ределяется из условия, установленного нормативами превышения исходной концентрации СоВЗВ в водоеме:

(11)

где СуВЗВ допускаемое увеличение концентрации в месте сброса для данной категории водоема и его проточности; п кратность разбавления сточных вод в воде водоема.

Кратность разбавления определяется соотношением расхо-

дов, участвующих в смешении; характеристикой места выпуска

(извилистость берега, скорость течения и др.); его конструктив-

ными параметрами и т. п.

Именно из этой концентрации определяется допустимое ко-

личество выбросов (ПДС) по взвешенным веществам.

Для растворенных токсичных и вредных веществ допусти-

мая концентрация определяется через ПДК для данного i-го ком-

понента из условия разбавления:

				С	ВЗВ СВЗВ			(12)
		ПДКi CoВЗВ		СТi		оi	.
			i		n
	Отсюда:
		CCTДОПj ПДКi	n 1 ПДКi CoВЗВ .					(13)
							i
	Очевидно, что если в реке уже достигнута величина ПДКi, то
С	ДОП j	не может быть больше этой величины.
	СТ

Формулы (12), (13) легко анализируются с учетом зависимо-

сти кратности разбавления п от коэффициента смешения а, рас-

хода сточных вод q и расхода воды в реке (водоеме) Q:

n a	Q	1 .	(14)
	q

Коэффициент а показывает, какая часть воды водоема участ-

вует в смешении, и определяется для каждого конкретного слу-

чая по достаточно сложным зависимостям. Очевидно, что чем меньше расход сточных вод q, тем больше в них ССТДОП (так, при q 0 , ССТДОП ), и наоборот.

Кроме допускаемых концентраций необходимо грамотно определить величину фактической концентрации ССТi , при этом нужно учитывать не только расход чистых промстоков qп, но и смывы с промплощадки дождевыми qд и талыми водами qm :

q qn qд qm.	(15)
Причем величины qд/т определяются так:
qд / m F hд/ m д/ m,	(16)

где коэффициент стоков, учитывающий степень впитывания воды в почву (для асфальта = 1); h среднестатистический уро-

вень осадков для данной местности; F площадь промплощадки.

При этом для каждого расхода должна быть известна кон-

центрация интересующего загрязнителя Сj. Суммарная масса сбросов этого загрязнителя определится так:

Mi Cij qj ,

(17)

где j промстоки, талые и дождевые воды.

Фактическая суммарная концентрация этого загрязнителя в стоках с промплощадки ССТi определится через общий расход q:

CCT		Mi	.	(18)
i		q

Именно она сравнивается с допускаемой зависимость (13)

и в случае превышения подсчитывается необходимая степень очистки:

Э	CСТi	ССТДОПi	100%.	(19)
		CСТi

Определяется также плата за загрязнение водоема. Принцип расчета такой же, как и при расчете платы за выбросы в атмосфе-

ру см. п. 5.10 и зависимости (9), (10). Для выбросов, превы-

шающих ПДС, плата увеличивается в пятикратном размере, для несанкционированных сбросов – в 25 раз.

7. ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ

7.1. Шум и его характеристики

Шумом (по Н. Реймерсу) принято называть звуковые коле-

бания, выходящие за рамки звукового комфорта. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания; но бывают и упорядочен-

ные, мешающие восприятию нужных звуков либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Как и все акустические колебания, шум может восприниматься ухом чело-

века в пределах частот от 16 до 20 000 Гц (ниже – инфразвук,

выше – ультразвук). Шумы принято делить на низкочастотные

(до 350 Гц), среднечастотные (350–800 Гц), высокочастотные

(выше 800 Гц). Высокочастотный шум оказывает наиболее не-

благоприятное воздействие на организм и субъективно более не-

приятен. Но человек реагирует не на абсолютный прирост часто-

ты и громкости, а на относительный. Так, физиологически при-

рост частоты вдвое на низкой или высокой частоте воспринима-

ется одинаково. В этом суть биофизического закона Вебера– Фихтнера. Именно поэтому всё звуковое частотное поле делят на девять октав. Причем конечная частота для данной октавы в два раза больше начальной fн, а основная октавная частота – их сред-

няя геометрическая:

fОКТ

fк fН .

Ряд октавных полос частот выглядит так: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Кроме частоты, к основным ха-

рактеристикам шума относят акустическое (звуковое) давление P,

интенсивность I и уровень L шума (звука), а также мощность ис-

точника W.

Звуковое давление – избыточное над давлением среды. Ми-

нимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом человека,

называется пороговым:

P0 = 2 · 10-5 Па.

Интенсивность звука I характеризует удельную энергию

	звуковых волн на единицу площади:
	I =	P2	,Вт/м2,	(20)
		a
	где p – плотность среды, кг/м3; a – скорость звука, м/с.
	Пороговая интенсивность звука I0, соответствующая P0			для

распространения звука в воздухе, равна 10-12 Вт/м2. Следует иметь в виду, что давление и интенсивность характеризуют зву-

ковое поле в данном месте, т. е. на расстоянии r от источника.

Мощность источника по измерениям в любой точке сферы ра-

диусом r от него определяется так:

W = I ∙ 2 r2, Вт.

(21)

Все эти величины имеют абсолютный характер и не вполне удобны для оценки шума: на них влияют относительные измене-

ния интенсивности и давления. Поэтому введена величина, назы-

ваемая уровнем шума (звука), которая характеризуется отноше-