Методы обеззараживания сточных вод, почв, грунтов, донных и иловых осадков

Из всех геофизических сред почвенный покров служит наиболее опасным звеном циркуляции промышленных и сельскохозяйственных токсических веществ. Загрязнение земель происходит путем непосредственного поступления загрязняющих веществ в почву или они концентрируются в ней через выбросы в атмосферу. Загрязненные земли – те, которые в результате поступления и концентрации в них загрязняющих веществ частично или полностью теряют свои продуктивные способности.

Сточные воды представляют собой сложные системы загрязняющих веществ, которые могут находиться в растворенном, каллоидном и нерастворенном состоянии. Условно сточные воды делятся на бытовые, производственные и ливневые (дождевые). Они отличаются друг от друга происхождением, составом и биологической активностью.

Бытовые сточные воды образуются в результате практической деятельности и жизнедеятельности людей и характеризуются присутствием загрязнителей минерального и органического происхождения. Минеральные соединения представлены солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами. Основная часть безазо- тистых органических веществ представлены углеводами и жирами.

Азотсодержащие соединения представлены белками и продуктами гидролиза. Особую форму загрязнителей представляют микроорганизмы, в том числе болезнетворные.

Производственные сточные воды обладают большим разнообразием, их состав зависит от характера производственного процесса. В зависимости от состава примесей – загрязнителей и специфичности их воздействия на водные объекты. Концентрации и состав примеси – загрязнителей сточных вод зависят от технологии производства и могут быть определены в каждом конкретном случае специальными исследованиями, которые представлены в работе [5].

Дождевые сточные воды характеризуются большим разнообразием примесей. Качество и состав поверхностного стока зависят от множества факторов, в том числе общей санитарной обстановки территории населенных мест, видов и характеристики промышленных предприятий, режима течения и т.д. Большое разнообразие местных условий делает невозможным провести усредненные показатели качества поверхностного стока в целом.

Промышленные сточные воды от вредных примесей очищают механическими, физико-химическими, химическими, биохимическими и термическими методами.

Механическая очистка сточных вод обычно предшествует биологической и физико-механической очистке, сооружения механической очистки обычно составляют первую очередь строительства очистных станций. Также эту очистку применяют для отделения нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания, фильтрования.

Используемое оборудование при механической очистке: решетки, песколовки, отстойники, тонкослойные отстойники, преаэраторы, биокоагуляторы, нефтеловушки, гидроциклоны, фильтры представлены в работе [6].

Физико-химические методы очистки, основанные на изменении физического состояния загрязнителя. Применяются для удаления из сточных вод суспензированных и эмульгированных примесей, а также растворенных неорганических и органических веществ. К ним относят: коагуляцию и флокуляцию, флотацию, ионный обмен, адсорбцию, экстракцию, обратный осмос, ультрафильтрацию, кристаллизацию, дистилляцию, реактификацию, электродиализ, дезорацию. Эти методы в большинстве случаев требуют применения дорогих реагентов, однако ввиду их эффективности, а иногда невозможности решить задачу другим способом, их широко применяют в промышленности, особенно для очистки сточных вод с малой концентрацией загрязнителей [2].

Химическую очистку применяют в случае. Когда выделение загрязнений возможно только в результате химических реакций между загрязнителями и вводимыми реагентами с образованиями новых веществ, легко удаляемых из сточных вод. При химической очистке протекают реакции конденсации, окисления, нейтрализации, в результате которых получаются нетоксичные вещества, растворимые в воде соединения превращаются в нерастворимые и легко отделяются, кислые и щелочные осадки - нейтрализуются. Этот метод очистки требует большого расхода реаген- тов, кроме того, образующиеся новые, пусть нетоксичные, соединения все же загрязняют водоем и требуют дополнительной очистки другими способами.

Биохимическая очистка сточных вод основана на способности некоторых микроорганизмов разрушать органические и некоторые неорганические соединения (сульфиды, соли аммония), превращая их в безвредные продукты окисления: воду, двуокись углерода, нитрат - и сульфат -ионы и др. Очищенные биохимическим методом сточные воды отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и рыбохозяйственным нормативам, их можно спускать, а также использовать в оборотном водоснабжении. Целесообразна биохимическая очистка производственных сточных вод совместно с хозяйственно-бытовыми водами, так как последние приносят азотистые вещества, необходимые для питания и размножения микроорганизмов. Недостатком биохимической очистки является малая скорость окислительных процессов, вследствие чего необходимы очистные сооружения больших объемов.

Способ термической очистки сточных вод заключается в полном окислении при высокой температуре (при сгорании) загрязняющих веществ с получением нетоксичных продуктов сгорания и твердого остатка. Возможно, различные варианты применении термического способа, начиная от полного уничтожения стоков или загрязненного ила с небольшим количеством твердого остатка и до значительного уменьшения (упаривания) их, после чего концентрированные растворы можно либо захоронить в отвалах, либо использовать для получения ценных продуктов. Но в любом варианте термическая очистка исключает загрязнение стоками водоемов, это является ее большим достоинством. Также при этой очистке используется оборудование: выпарные аппараты, распылительные сушилки, аппараты для получения твердого продукта и др.

Одним из перспективных способов очистки сточных вод является ионный обмен. Ионитами можно извлекать из сточных вод соединения мышьяка и фосфора, цианистые соединения и радиоактивные вещества, соли тяжелых металлов: хрома, никеля, цинка, свинца, ртути и др. В ряде случаев очистка от этих веществ другими способами малоэффективна или при ней образуются большие объемы сильнообводненных осадков, что не происходит при ионном обмене. Кроме того, соли цветных металлов имеют техническую ценность и их утилизация снижает затраты на очистку. Для очистки используют синтетические ионообменные смолы различных марок [1].

Практическое применение находят способы электрохимической очистки стоков, содержащих стоки металлов, кислот, щелочей, которые позволяют одновременно с очисткой извлекать и использовать основную массу ценных продуктов.

Распространение получает очистка методом обратного осмоса (гиперфильтрации), при котором очищаемые стоки непрерывно фильтруются под давлением через полупроницаемые мембраны разных видов, задерживающие частично или полностью молекулы или ионы растворенного вещества. Преимущество этого способа: простота аппаратуры, работа при обычной температуре, очистка воды от неорганических, органических и бактериальных загрязнений, малая зависимость эффективности очистки от концентрации загрязнений, возможность использования ценных продуктов [4]. Недостатки – высокая стоимость мембран и ими быстрая изнашиваемость.

Используется очистка ультразвуковыми колебаниями сточных вод, содержащих фенолы, поверхностно-активные вещества, цианиды и другие трудно окисляющиеся вещества.

Водоемы имеют способность к самоочищению, так как поступающие загрязнения в большинстве случаев способны к разрушению.

Этот процесс происходит вследствие уменьшения концентрации загрязняющих веществ в результате их разбавления, выпадения осадков, основным же фактором самоочищения является биохимический распад органических веществ под действием микроорганизмов. Самоочищение – важное явление, облегчающее поддер- жание нормально санитарного режима в водоеме, и на некотором протяжении оно выполняет роль очистного сооружения. Обмеление рек вызывается как ростом донных наносов (или и других отложений), так и ростом придонных водорослей из-за снижения скорости течения и роста загрязнения воды, особенно органическими отходами.

Существенный вклад в заиливание и загрязнение рек и донных отложений вносят и повсеместная деградация берегов рек и прибрежных лугов, которые человек практически уничтожил, тем самым исключив естественный природный механизм очистки и регулирования, открыв прямой доступ в реку стокам с ферм и полей.

Ведутся перспективные работы по разработке использования илов для различных строительных смесей и растворов, что может обеспечить снижение стоимости строительных материалов.

При большом содержании органических веществ в донных отложениях после их обезвоживания возможно использование их в качестве топлива или источника газа, а также в качестве субстрата для микроорганизмов при производстве активного ила, который может быть использован для очистки сточных вод в аэротенках.

Из всех геофизических сред почвенный покров служит наиболее опасным звеном циркуляции промышленных и сельскохозяйственных токсических веществ. Загрязнение земель происходит путем непосредственного поступления загрязняющих веществ в почву или они концентрируются в ней через выбросы в атмосферу [3].

Загрязненные земли – те, которые в результате поступления и концентрации в них загрязняющих веществ частично или полностью теряют свои продуктивные способности.

Для очистки загрязненных грунтов могут использоваться следующие методы:

• 1.    извлечение и надежное захоронение является самым распространенным методом;

• 2.    уничтожение на месте;

• 3.    фиксация загрязнителей на месте.

Наиболее предпочтительный метод восстановления загрязненных грунтов – это обеспечение деструкции загрязнителя на месте. Метод основывается на химических особенностях загрязнителя и условий окружающей среды.

Нефть и нефтепродукты являются одним из самых распространенных и опасных загрязнителей почв. Технология очистки грунтов от нефтепродуктов включает:

• 1.    определение уровня загрязнения грунтов по глубине и по площади;

• 2.    оценку инженерно-геологических климатических условий.

Технический этап очистки грунтов – откачка нефтепродуктов с поверхности земли и снятия сильно загрязненного грунта с последующим складированием в специальные отвалы – амбары.

Биологический этап – включает в себя рыхление почв и их аэрирование, выделение из почв природных микроорганизмов, наращивание их, внесение в смеси с питательной средой в почву и амбары.

Фитологический этап – включает в себя посев травосмеси.

Для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами и органическими веществами, могут применяться различные химические реагенты, в частности соединения кремния, которые приводят к процессу отвердения с получением конечного твердого продукта бетона, устойчивого к выщелачиванию.