Методи очистки стічних вод від целюлозо – паперового виробництва

- відновлення якості зужитої у побуті, промисловості та сільському господарстві води, чим опікується прикладна галузь цієї науки - біотехнологія очищення води;

- використання, по-перше, біологічно синтезованої та, по-друге, біологічно структурованої води - з метою забезпечення людини необхідним для її життєдіяльності постійно відновлюваним продуктом багаторазового споживання – звичайною чистою водою.

Новий напрям наукових досліджень відкриває  широкі перспективи для фахівців різного профілю.

 

3. Способи очищення забруднених вод

 

Питна вода – найважливіший фактор здоров’я людини. У крани міських  квартир питна вода потрапляє  з річок, водосховищ, озер, із підземних  глибин. Найбільш чиста – підземна вода. Але для великих міст цієї води не вистачає.

За даними Всесвітньої організації  охорони здоров’я вода може містити 13 тисяч токсичних речовин, нею  передається до 80 % усіх існуючих захворювань, від яких у світі щорічно вмирає 25 млн. чоловік.

У реальних умовах вода містить органічні й мінеральні сполуки, мікро- і макроелементи, гази, колоїдні частинки та живі мікроорганізми. Основні компоненти питної води незмінні – гідрокарбонатні, сульфатні та хлористі солі кальцію, магнію та натрію. Серед мінералів у воді є кремній, фтор, стронцій, цинк, серед макроелементів – залізо і калій. Вміст цих речовин не повинен перевищувати так звані гранично допустимі концентрації [8].

Частки ґрунту і все, що піддається гниттю, вносить у воду органічні  сполуки. Їх різноманіття величезне. Брудною  й мутною воду роблять колоїдні частки. Це мікроскопічні частинки мінерального та органічного походження. А ще будь-яка річкова вода містить токсичні речовини промислового та комунально-побутового походження, а саме: стійкі пестициди, нафтопродукти, феноли, важкі метали, нітрати та інші. Вони можуть роками існувати в природному середовищі, майже не розкладаючись. І, нарешті, відкриті водоймища містять величезну кількість мікроорганізмів – простіших, бактерій, мікроскопічних водоростей, грибів, вірусів. Чим брудніше вода, тим різноманітніші й багаточисельніші мікроорганізми. Із простіших для людини небезпечні лямблії та дизентерійні амеби: перші викликають запалення жовчних шляхів, другі – діарею. Окрім того, водним шляхом передаються мікробактерії туберкульозу, кишкова паличка, збудники бруцельозу, дизентерії, сальмонельозу, черевного тифу, різні віруси та один із найнебезпечніших ворогів людства – холерний вібріон. Всі відомі епідемії холери починались із уживання зараженої води [8].

Щоб природна вода була придатна для вживання, вона проходить декілька стадій очищення та знезараження на водопровідних станціях.

Способи очищення забруднених вод  можна об’єднати в наступні групи: механічні, фізичні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні, комплексні. Механічні способи очищення застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних забруднень. Механічне очищення здійснюється одним із наступних методів:

- подрібнення великих за розміром забруднень на менші за допомогою механічних пристроїв;

- відстоювання забруднень зі стоків за допомогою нафтовловлювачів, пісковловлювачів та інших відстійників;

- вилучення механічних домішок за допомогою елеваторів, решіток, скребків та інших пристроїв;

- фільтрування стоків через сітки, сита, спеціальні фільтри, а також шляхом пропускання їх через пісок.

Вибір схеми очищення води від зважених часток та нафтопродуктів залежить від  виду та кількості забруднень, необхідного  ступеня очищення.

Фізико-механічні способи очищення стоків та води базуються на флотації, мембранних методах очищення, азотропній відгонці.

Флотація – процес молекулярного  прилипання частинок забруднень до поверхні розподілу двох фаз. Процес очищення нафтопродуктів, волокнистих матеріалів та інших речовин флотацією полягає  в утворенні системи “частинки  забруднень – бульбашки повітря”, що спливає на поверхню та видаляється спеціальними водними транспортерами.

Хімічне очищення використовується як самостійний метод, або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним  очищенням. Його використовують для  видалення з них важких металів, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

Розглянемо фізико-хімічні методи. Коагуляція – це процес з’єднання  дрібних частинок забруднювачів  у більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, для негативно заряджених – катіони. Як коагулянти використовується вапняне молоко, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Флокуляція – процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Як флокулянти використовують активну кремнієву кислоту, ефіри, крохмаль, целюлозу, синтетичні органічні полімери. Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти. Коагуляція та флокуляція здійснюється у спеціальних камерах та ємностях [8].

Сорбція – процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами. Пристрої для вилучення зі стічних вод  або розчинів забруднень за цим методом виготовляють у вигляді фільтрів.

Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення стічні води підлягають біологічному очищенню для остаточної очистки стоків від органічної речовини. Біологічне очищення здійснюється в  біофільтрах, в аеротенках, в біотенках тощо.

Після визначених методів очищення у стічних водах можуть знаходитись  різноманітні віруси та бактерії. Знешкодити мікроорганізми, які залишились, можна 4 способами:

- термічно;

- за допомогою сильних окисників;

- впливом іонів благородних металів;

- фізичними методами.

При масовому очищенні питної води найдешевшим  та найдоступнішим варіантом є хлорування. Воду насичують хлором і залишають  у спеціальних резервуарах-відстійниках, доки зайвий газ не звітриться та концентрація його у воді не знизиться до гранично допустимих норм.

Проблема забезпечення населення  України якісною питною водою  з кожним роком ускладнюється, стає більш гострою. Склалася ситуація, коли практично всі поверхневі, а в  окремих регіонах і підземні води за рівнем забруднення не відповідають вимогам стандарту на джерела водопостачання. Кияни, наприклад, користуються переважно деснянською водою, яка досить часто містить радіонукліди, пестициди, нітрати та інші токсичні речовини. Очисні споруди і технологія очищення води застаріли і не оновлюються. Існуючі в країні методи очистки водопровідної та стічних вод не розраховані на звільнення від вірусів. Навіть багатоетапна система очищення на водопровідних станціях, а саме: хлорування, коагуляція, відстоювання, фільтрування й знову хлорування повністю не захищають воду від деяких патогенних бактерій і вірусів. Значна кількість проб води з джерел водопостачання та водопроводів має відхилення від вимог чинного стандарту за окремими фізико-хімічними та бакпоказниками. Питна вода стає активним чинником шкідливого впливу на здоров’я і першопричин виникнення багатьох небезпечних масових інфекційних захворювань, зокрема вірусного гепатиту А. В внаслідок хлорування в питній воді утворюються хлорорганічні сполуки, наприклад, кількість хлороформу перевищує в 1,5–2 раза норми, рекомендовані ВООЗ. Окрім того, в питну воду можуть потрапити інші токсичні речовини: іони важких металів, сполуки фосфору і сірки, пестициди, нітрати, нітрити. Про недостатню ефективність існуючої технології очистки води свідчить високий рівень захворюваності населення кишковими інфекціями. Взагалі ж, на сьогодні відомо близько 100 хвороб, які “дарує” нам питна вода.

80 % усіх захворювань відбувається  через недостатньо очищену воду. Хлорорганічні сполуки здатні  викликати онкологічні захворювання, хвороби нирок і печінки, органів травлення. Збільшується ризик захворювань підшлункової залози, раком сечового міхура, пухлинами товстої кишки. Кип’ятіння води не може знешкодити отруйну органіку й наполовину. Коли людина миє посуд, приймає ванну, вона вдихає летючий хлороформ, що може призвести до серйозних захворювань дихальних шляхів. Досить невтішна статистика захворювання населення вірусним гепатитом А. Кількість захворювань цією хворобою в Україні досягає 300 випадків на рік, тобто 90 % захворювань на гепатит відбувається через вживання неякісної води. Особливо шкідливі солі важких металів. Вони поступово накопичуються в тканинах і органах, і лише через 10–15 років можуть викликати онкологічні захворювання, імпотенцію, безпліддя [8].

Яку ж воду треба пити, щоб бути здоровим? Одні спеціалісти радять пити воду кип’ячену та відстояну. Інші наполягають на воді “срібній”, тому що срібло вбиває мікроорганізми. Але срібло – це метал, який здатний  накопичуватись в організмі людини, зокрема в нирках. Сьогодні можна сказати, що “срібна” вода є лікувальним засобом, яке може допомогти при лікуванні деяких хвороб тільки у випадку її вживання в певних дозах і нетривалий час. Як альтернативу питній воді використовувати її просто недопустимо.

Згідно з розпорядженням Київської  міської держадміністрації в  місті збудовано та введено в  експлуатацію 25 павільйонів бюветної роздачі артезіанської води. Вода в них чиста, доброякісна, радіонукліди та важкі метали на таку глибину  не потрапили. Але приблизно в 66 % свердловин вода містить підвищену кількість заліза, марганцю, сірководню, сульфідів, сульфатів, хлоридів, карбонатів та інших домішок, що, звичайно, потребує додаткового очищення цієї води. Нерідко артезіанська вода не відповідає вимогам щодо бактеріологічних показників. Наслідком неконтрольованого й довгострокового використання таких вод як питних можуть бути різні захворювання у людей – отруєння важкими металами, нітратами та ін. Як правило, артезіанська вода є умовно питною й може служити лише додатковим джерелом водопостачання.

У торговельних закладах можна придбати різноманітні індивідуальні та колективні фільтри для водопровідної води. Але лише деякі з них здатні зробити воду максимально небезпечною. Універсальних фільтрів, здатних  повністю очистити воду від усіх шкідливих домішок, просто не існує. Але в наш час фільтри стали предметом першої необхідності.

 

 

4. Використання вищих водних рослин в практиці очистки стічних вод та поверхневого стоку

 

Вищі водні рослини, такі як комиш, очерет, рогоз, володіють здатністю видаляти з води забруднюючі речовини: біогенні елементи, важкі метали, феноли, сульфати, нафтопродукти, синтетичні поверхневоактивні речовини, і поліпшити такі показники органічного забруднення середовища, як біологічне споживання кисню і хімічне споживання кисню.

Водні рослини в водоймах виконують наступні основні функції:

- фільтраційну;

- поглинальну;

- накопичувану;

- окислювальну;

- детоксикаційну [6]. 

При очистці стічних  вод використовують такі види вищих  водних рослин, як комиш, очерет озерний, рогоз вузьколистий і широколистий, рдест гребінчастий і курчавий, спіродела багатокорінева, елодея, водний гіацинт, касатик жовтий, сусак, стрілолист звичайний, гречиха земноводна, резуха морська, уруть, хара, ірис та інші.

Коренева система рогозу має високу акумулюючу здатність відносно важких металів. Концентрація металів у кореневій системі рогозу, який ріс на берегах шламонакопичувачів електростанцій, досягала (мг/кг):

заліза – 199,1;

марганцю – 159,5;

міді – 3,4;

цинку – 16,6 [6].

Відомо, що очерет має високі адаптивні  властивості і здатний проростати в дуже забруднених промисловими стічними водами водоймах. Встановлено, що очерет здатний видаляти з води такі сполуки, як феноли, нафтоли, аніліни та інші органічні речовини. Питоме поглинання мінеральних речовин досягає:

кальцію – 3,95,

калію – 10,3,

натрію – 6,3,

кремнію – 12,6,

цинку – 50,

марганцю – 1200,

бора – 14,6.

В роботі було оцінено здатність трьох видів вищих водних рослин видаляти із забруднених вод азот і знижувати БСК. При середній концентрації амонію у стоках 24,7 мг/л, після очистки з використанням ВВР його концентрація становила (мг/л):

для комишу – 1,4,

для очерету – 5,3,

для рогозу – 17,7.

Ефективність зниження БСК також  була вище у комишу і очерету [6].

Системи очистки шахтних вод  на плантаціях очерету, комишу використовується в багатьох країнах Америки. Ведуться дослідження можливості очистки  та видалення металів із води металургійної промисловості. Описані споруди з очеретяною рослинністю для очистки господарськопобутових стічних вод в Нідерландах, Японії, Китаї; для очистки забрудненого поверхневого стоку в Норвегії, Австралії та в інших країнах. Стійкість очерету до дії великої концентрації забруднень дозволила досить успішно використовувати його для очистки  стічних вод свиноводських комплексів в Великобританії.

В м. Бентон із населенням 4700 чоловік  з 1985 року здійснюється очистка побутових  стічних вод у ставках з  заростями очерету та інших водних рослин. Підраховано, що вартість такої системи очистки в 10 разів менша за вартість традиційних систем при задовільній якості очистки води від сполук азоту, фосфору, завислих  та органічних речовин .

В Ірландії успішно експлуатується система сумісної очистки господарськопобутових вод (72 %) і поверхневого стоку (28 %), сконструйована у вигляді трьох мілководних лагун, дві з яких засаджуються очеретом і рогозом, а третя являє собою біопруд, з плаваючими водними рослинами – лілією і ряскою. В процесі очистки вода очищається до наступних показників (мг/л): БСК – 9, завислі речовини – 9, повний азот – 14,2, аміак – 0,8, нітрати – 9,2, повний фосфор – 4,45, ортофосфати – 3,15. Середнє процентне зменшення концентрацій забруднюючих речовин в системі за дворічний період вивчення складає: 48 % для БСК, 83 % для завислих речовин, 51 % для повного азоту, і 13 % для повного фосфору, видалення патогенних організмів 99,77 % [13].