Охорона навколишнього середовища

7. ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО  СЕРЕДОВИЩА

7.1 Основні проблеми  охорони гідросфери

Гідросфера – це середовищна  оболонка Землі. З середовищою пов’язане  зародження та розвиток живої речовини. Середовища в біосфері виступає в  ролі універсального розчинника, тому що взаємодіє з багатьма речовинами не вступаючи з ними в хімічні реакції (за винятком гідролізу).

Проблема охорони гідросфери пов’язана  із загальною проблемою виживання  людства. Це зумовлено тим, що вона здійснює значний вплив на процеси в  біосфері, і вирішенню проблеми сучасної екологічної кризи може сприяти тільки раціональне використання середовищних ресурсів.

Антропогенному впливу піддаються всі середовищні ресурси, які  зазнають кількісного виснаження під  випливом господарської діяльності людини, та якісного пов’язаного з розвитком евтрофікації, тобто збільшення кількості поживних органічних речовин у середовищах і забруднення їх стоками промислового, комунально-побутового та сільськогосподарського генезису.

Основними видами забруднення на Державній  Біофабриці є забруднення стічних середовищ.

Основними видами забруднення природних  середовищ є фізичне (механічне) – глина, пісок; хімічне – важкі  метали, кислоти, ПАР, тощо; біологічне (бактеріальне) – спори грибів, різні  мікроорганізми; теплове і радіоактивне – підігріті води ТЕС, радіонукліди, та інше.

7.1.1. Нормування якості  природних середовищ

Об’єктами середовищокористування є  поверхневі води, підземні води, внутрішні  води і територіальні морські  води. Прісні води згідно з “Правилами охорони поверхневих середовищ від забруднення стічними середовищами №166-74” поділяють на 4 категорії  залежно від характеру їх використання:

 

 

Категорія I – господарсько-питного середовищопостачання населення та підприємств харчової промисловості;

Категорія II – культурно-побутового призначення;

Категорія III – рибогосподарського призначення;

Категорія IV – рибогосподарського призначення для збереження порід  риб.

Для кожної категорії встановлені  відповідні нормативи якості води, надзвичайно важливим є ГДК забруднюючих речовин.

Води господарсько-питного нормуються по органолептичному, загальносанітарному, та санітарно-токсикологічному контролю.

На властивості і кількість  стічних середовищ, а також на вимоги до ступеня їх очистки впливає  схема промислового середовищопостачання. Розрізняють чотири основних схеми промислового середовищопостачання: прямоточні, з послідовним використанням води, змішані та зворотні.

Найбільш екологічно безпечні є  зворотні системи середовищокористування, які передбачають забір води з  середовищного джерела, використання води у виробничому циклі, її очистку та повернення у виробничий цикл.

Класифікація стічних  середовищ від промислових підприємств:

Виробничі – використовуються в  технологічному процесі виробництва;

побутові – стічні води санітарних вузлів санітарних приміщень;

атмосферні – дощові та від талого снігу.

Класифікація стічних  середовищ за хімічним складом:

забруднені переважно мінеральними домішками (металургійна промисловість);

забруднені органічними домішками (харчова промисловість);

забруднені мінеральними та органічними домішками (фармпромисловисть, нафтопереробна промисловість).

Класифікація стічних  середовищ за концентрацією забруднюючих речовин:

Води, що містять від 0 до 500 мг/дм3 забруднюючих речовин;

Води, що містять від 500 до 5000 мг/дм3 забруднюючих речовин;

Води, що містять від 5000 до 30000 мг/дм3 забруднюючих речовин;

Води, що містять понад 30000 мг/дм3 забруднюючих речовин;

Класифікація стічних  середовищ за ступенем агресивності:

слабоагресивні (слабо кислі з pH 6,0-6,5 та слаболужні pH 8,0-9,0);

сильноагресивні (кислі з pH<6 лужні  з pH>9);

неагресивні (води з pH 8,0);

Велике значення у виборі методів  очистки стічних середовищ має  фазова дисперсна характеристика домішок  стічних середовищ. У зв’язку  з цим виділяють їх 4 групи: 1) стічні води з нерозчинними у середовищі домішками; 2) колоїдні розчини; 3) розчинені гази та молекули розчинних органічних речовин; 4) речовини дисоційовані на іони.

Для розробки раціональної схеми середовищовідведення та вторинного використання води, вивчають її склад та режими скидання стічних середовищ у природні середовищоймища та каналізацію[40]

7.2. Методи очистки  стічних середовищ

За характером впливу на середовищу, методи очистки поділяються на механічні, фізико-хімічні, хімічні, електрохімічні, біохімічні та термічні.

7.2.1  Механічна очистка стічних  середовищ

Механічна очистка забезпечує видалення завислих частинок до 90-95% та зниження кількості органічних забруднень. Гідромеханічне очищення складається  з наступних стадій:

• проціджування стічних середовищ на ситах (барабанних або дискових);
• уловлювання в пісколовах важких домішок (швидкість протікання води 0,3 м/с);
• відстоювання води для виділення нерозчинних органічних та неорганічних домішок;
• виділення твердих частинок в гідроцеклонах;
• фільтрування через різні фільтри.

Вибір фільтрувального  матеріалу залежить від властивостей стічних середовищ, температури, тиску, конструкції фільтру. Частіше за все приміняють пісок з розміром від 0,5 до 2 мм. Після закінчення регламентного  часу роботи фільтрувальний матеріал очищують зворотним током води.

7.2.2. Фізико-хімічна очистка

Для видалення із стічних середовищ  мілкодисперсних частинок, розчинених газів, мінеральних та органічних речовин  використовують фізико-хімічні методи очистки.

Флотацію застосовують для видалення нерозчинних диспергованих домішок, які погано відстоюються для розчинення яких додають ПАР. В очищену рідину подають повітря, мілкі пухирці якого випливають на  поверхню води виносячи частинки забруднювача, утворюють пінний слій насичений флотуємою речовиною. Флотація дозволяє очищати стічні води з концентрацією зависі 4-5 г на літр.

Адсорбцію використовують для глибинної очистки стічних середовищ від органічних речовин після біохімічної очистки або в локальних установках, якщо концентрація речовин у середовищі невелика та вони не розкладаються (гербіциди, пестициди, та інше). Адсорбційна очистка може бути регенеративною (якщо вловлені частинки використовують знову) та деструктивною (якщо їх не використовують).

Іонообмінна очистка використовується для видалення з стічних середовищ ціанідів, арсенідів, кислот та лугів, а також для знесолення води в процесі середовищопідготовки. Тверда фаза складається з іонітів: неорганічних (цеоліти, глина) та органічних (гумінових кислот ґрунтів та синтетичних смол).

Процес очистки  складається з стадій іонного  обміну, регенерації  іоніту та відмивки від регенеруючої речовини.

Рідинна екстракція необхідна для очистки стічних середовищ від фенолів, органічних кислот та в деяких випадках іонів металів, з концентрацією домішок 3-4 г/л. При цьому стічні води змішуються з екстрагентом та утворюються дві фази – екстракт та рафінад. Екстрагент регенерують після чого його повертають в цикл очистки.

Також для очистки стічних середовищ  використовують зворотній осмос та ультрафільтрацію – це процеси фільтрування розчинів через напівпроникну мембрану під тиском, що перевищує осмотичний. Мембрани пропускають тільки молекули розчинника. При зворотному осмосі відділяють розчинені речовини, розміри яких не перевищують розмірів молекул розчинника. При ультрафільтрації розмір частинок не повинен перевищувати 0,5 мкм. Тиск що необхідний для проведення процесу зворотного осмосу (6-10 МПа) значно більший, ніж для ультрафільтрації (0,2-0,5 МПа). При цьому фільтри повинні бути селективними, стійкими. Для проведення процесу очистки води використовують не пористі – динамічні та дифузійні мембрани, які є квазігомогенними гелями, і пористі мембрани у вигляді тонких плівок, що виготовлені з полімерів[41].

7.2.3. Хімічні методи очистки

Хімічна очистка базується на проведенні хімічних реакцій з використанням реагентів та отримання з забруднених домішок нешкідливих речовин.

Коагуляція – укрупнення диспергованих частинок в результаті їх взаємодії та об’єднання в агрегати. Її використовують для осадження тонкодиспергованих домішок та емульгованих речовин. Вона може проходити самовільно, під впливом хімічних і фізичних чинників, що має велике значення для самоочищення середовищних джерел. В якості коагулянтів використовують гідроокиси металів, галуни що утворюють міцели з слабким позитивним зарядом, які електростатично взаємодіють з колоїдними частинками з негативним зарядом.

Флокуляція – процес агрегації завислих частинок при додаванні в стічну середовищу ВМС, які називають флокулянтами. При флокуляції відбувається не тільки агрегація частинок але й її адсорбція на поверхні частинок флокулянту. Механізм їх дії базується на ретикуляції (утворенні сітчастої структури), адсорбції та злипання колоїдних частинок під дією Ван-дер-Ваальсових сил.

Для очистки стічних середовищ використовують природні (крохмаль, декстрин) та синтетичні органічні (ПАА, ГПАА) флокулянти.

Окислення та відновлення стічних  середовищ – для очистки стічних середовищ переважно використовують процес окислення і найпоширенішими окислювачами є газоподібний та зріджений хлор, гіпохлорити, перекиси, кисень, озон. У процесі окислення забруднюючі речовини перетворюються в менш токсичні та видаляються з води. Дія озону дозволяє одночасно забезпечити знебарвлення води усунення присмаків та запахів і провести знезараження.

Використання  методів відновлення має менше  значення для очистки стічних  середовищ. Його використовують для  видалення легко відновлюваних  сполук, та подальшого їх видалення  з води.

Нейтралізацію стічних середовищ  просередовищять перед їх скиданням у середовищоймища. Практично нейтральними вважаються води з pH 6,5-8,5. Для нейтралізації кислотних середовищ використовують сполуки основного характеру, а лужних – кислотного[41].

7.2.4 .Електрохімічні методи очистки 

Використовують для анодного окислення та катодного відновлення забруднювачів. Електрохімічні методи очистки дозволяють вилучати цінні продукти при відносно простій автоматизації без використання хімічних реагентів. Аноди виготовляють з графіту, двооксиду свинцю та іншого; катоди з молібдену, вольфраму, заліза.

Електрокоагуляція складається в  пропусканні стічних середовищ  через електролізер. Для очистки  сильно забруднених середовищ використовують розчинні алюмінієві аноди які коагулюють з лугами. При використанні нерозчинних  електродів може проходити коагуляція в результаті електрофоретичних явищ і розряду заряджених частинок на електродах, внаслідок чого в розчині утворюються гази що руйнують сольватні шари на поверхні колоїдних частинок.

Електрофлотація відбувається за допомогою  газу що утворюється при на електродах.

Електродіаліз заснований на розділенні іонізованих речовин під дією ЕРС що створюється з обох боків  мембрани. Електроди виготовляють з  платини, графіту. Цей метод використовують для очистки радіоактивних стічних  середовищ.

7.2.5. Очистка стічних середовищ  біохімічними методами

Для очистки стічних середовищ  широко використовують два типи біологічних  процесів: аеробні процеси, в яких мікроорганізми використовують розчинений в стічних середовищах кисень, анаеробні процеси, в яких мікроорганізми не мають доступу до розчиненого кисню. В цих умовах вони використовують вуглець в якості акцептору електронів.

З точки зору біологічної біотехнології  більш важливими є аеробні  процеси, що використовують для очистки  та стабілізації стічних середовищ. Процес складається з двох стадій: взаємодії осаду стічних середовищ з повітрям та частинками активного ілу в аеротенкі та відділення очищеної рідини від частинок активного ілу у відстійник. Реактори, для проведення даного процесу поділяються на два типи: гомогенні реактори та реактори в яких нерухома біоплівка нанесена на інертний субстрат (біофільтри).

Існує три основних типи очистки: швидка (НОВ=0,5-5,0), стандартна (НОВ=0,25-0,45) та подовжена (НОВ=0,05-0,2) аерація, де НОВ – це навантаження по органічній речовині на іл.

Системи, що використовують анаеробні  процеси відомі у Європі близько  ста років. Реактори для проведення анаеробного процесу очистки  представляють собою відстійники  в яких осад ілу підлягає анаеробній деградації.

Анаеробне бродіння ілу використовують для покращення якості продуктів: зменшення його маси та кількості патогенної мікрофлори у ньому. Реактори експлуатуються при температурі близько 35°С та великим часом перебування.

Уперше процес очистки стічних  середовищ активним ілом був розроблений Ардерном та Локетом між 1914-1921 роками для очистки від органічних забруднень комунальних стоків з невеликою кількістю промислових.

В процесах з активним ілом забруднення  в стоках окислюються суспендованими бактеріальними флокулами, тоді як в крапельних біофільтрах забруднення окислюється в біоплівці, що знаходиться на твердій насадці або на обертаючихся дисках[42].

7.2.6. Термічні методи  очистки

На промислових підприємствах  можуть утворюватися стічні середовищ  що забруднені тільки неорганічними або органічними речовинами. При очистці мінералізованих стічних середовищ використовують термічне знешкодження, що у більшості випадків складається з двох стадій: концентрування стічних середовищ та видалення сухих речовин. У деяких випадках друга стадія замінюється похованням концентрованих розчинів. Прісну середовищу одержують у випарювальних, виморожувальних та кристалогідратних установках. В процесі випарювання відбувається видалення розчинника з нелетких розчинів солей. При виморожу ванні концентрування мінералізованих середовищ просередовищять під вакуумом або за допомогою розсолів та отримують прісний лід. Кристалогідратний процес полягає в концентруванні стічних середовищ за допомогою гідратоутворювача (фреони, пропан), утворені кристалогідрати розкладають температурою. Отриману середовищу використовують для зворотного середовищопостачання.