Экологические аспекты очистки вод
Для очистки промышленных сточных вод, содержащих в основном минеральные вещества, используют физико-химические методы (нейтрализация кислот, окисление с помощью хлора, фильтрация через активированный уголь, связывание с помощью различных реагентов, коагуляция сернокислым алюминием, гашеной известью и др.). Стоки, включающие большое количество органических веществ пищевой промышленности, целлюлозного, сельскохозяйственного и других производств, проходят биологическую очистку. Для этого в очистных сооружениях в основном используют три функциональных элемента: аэротенки, аэрофильтры и окислительные пруды. Предпочтительный выбор каждого из них определяется конкретными требованиями к работе очистных сооружений. Вода, поступающая на очистное сооружение по закрытому каналу, сначала проходит сквозь решетку, на которой задерживаются все крупные объекты; механизированные грабли собирают с решеток задерживаемый ими материал. После прохождения через ре-апетку сточная жидкость поступает в «песколовку» — вертикальную емкость, из которой забирают верхний слой воды, а на дне оседают песок и другие тяжелые взвеси. Далее следует «жироловка», сходимая с «песколовкой», но вода в нее поступает сверху, а забирается снизу, освобождаясь от легких фракций. После этого вода поступает в центр круглого первичного отстойника диаметром около 40 м и глубиной 5 м; остающийся на его дне ил удаляют с помощью специального скребкового механизма. Стекая по периферии, вода из первичных отстойников поступает в аэротенки. Каждый из них имеет длину около 120 м, глубину 5 м, ширину 10 м. На дне находятся перфорированные керамические пластины, и воздух, подводимый снизу, проходя через них в виде мелких пузырьков, поступает в толщу воды. На 1 м2 стоячей жидкости подается 5—7 м3 воздуха. В аэротенках в большом количестве образуются хлопья «активного ила» — скоплений бактерий, простейших и других микроорганизмов. При избытке кислорода они энергично минерализуют находящиеся в воде органические вещества. Ток воздуха, с одной стороны, создает благоприятные кислородные условия для микроорганизмов, концентрирующихся в хлопьях активного ила, а с другой — обеспечивает нахождение их во взвешенном состоянии. При этом организмы оказываются в условиях максимального контакта со сточной жидкостью, поставляющей им пищу и уносящей продукты обмена. В результате метаболизм микроорганизмов приближается к максимально возможному. Иногда в аэротенки вносят биогены, если их дефицит лимитирует минерализационную работу микроорганизмов. Из аэротенков вода поступает во вторичные отстойники, по форме и размерам сходные с первичными. Здесь оседающие на дно хлопья активного ила собираются и частично используются для зарядки аэротенков. Другая часть поступает в уплотнители, а затем в сооружения по обработке осадка — метантенки и иловые площадки. На очистных сооружениях сравнительно небольшой мощности вместо аэротенков используют биофильтры— сооружения, в которых сточная жидкость обтекает поверхность загрузочного материала (гравий, шлак, керамзит и др.), покрытого биопленкой из колоний аэробных микроорганизмов. Навстречу току жидкости подается воздух. Проходя через загрузочный материал, загрязненная вода оставляет на нем взвесь, не осевшую в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества. Они сорбируются биопленкой и минерализуются образующими ее микроорганизмами или используются на рост. Омертвевшая и отработавшая пленка выносится вместе с током фильтруемой жидкости. Биофильтры различаются по степени очистки, способу подачи воздуха, по режиму работы (наличие или отсутствие рециркуляции), по технологической схеме (одно-, двух- и трехступенчатые) и т. д. Аэротенки имеют перед биофильтрами то преимущество, что обеспечивают более продолжительную обработку сточной жидкости и поэтому чаще применяются для очистки стоков с трудно разрушаемыми компонентами. Например, чтобы достигнуть 90% очистки по БПК, для бытовых стоков достаточно 2— 3 ч аэрации, для промышленных стоков — 12—18 ч.
Экологические основы питьевого водоснабжения
В настоящее время, по данным ВОЗ, только незначительная часть населения пользуется чистой природной водой. Биологические качества воды определяются внутриводоемными процессами, особенно биоценотическими. Используя в первую очередь экологический подход, необходимо обеспечить оптимальный режим водоподготовки в пределах самого источника водоснабжения. Другими словами, речь идет об управлении биоценотическими и другими внутриводоемными процессами, определяющими формирование биологических свойств воды. Так как в условиях большого водоема полный контроль за формированием воды требуемого качества технически не осуществим, технология водоснабжения предусматривает дополнительный комплекс операций, вода, забираемая из соответствующих источников, подвергается дополнительной обработке, которая обеспечивает соответствие конечной продукции требованиям установленного стандарта. В нашей стране ГОСТ на питьевую воду предусматривает учет многих органолептических, химических, физических, паразитологических, бактериологических и других показателей. В качестве источников централизованного водоснабжения наиболее часто используют реки, водохранилища и озера. Общий принцип проводимой в них водоподготовки сводится к предохранению водоемов от загрязнения и эвтрофикации и одновременно к созданию в них режима максимального благоприятствования процессам биологического самоочищения. Так как степень трофии водоемов повышается с увеличением их водосборной площади, это должно учитываться при выборе источников водоснабжения. Водоподготовка в источниках водоснабжения включает улучшение кислородного режима, снижение мутности и цветности воды, контроль над концентрацией в ней различных ионов и соединений. Особое значение приобретают меры предотвращения чрезмерного развития водорослей, наблюдающегося практически во всех равнинных водохранилищах. Массовое размножение водорослей и цианобактерии представляет собой один из основных факторов, ухудшающих питьевые качества воды и осложняющих водоснабжение. Поступление больших масс водорослей на водозаборы и очистные сооружения вынуждает значительно чаще промывать их (иногда каждые 30—45 мин). Водоросли и синезеленые забивают поры песчанистого фильтра, их слизь склеивает отдельные зерна, вызывая образование не проницаемой для воды пленки. Цементация песчинок усиливается осаждением из воды карбоната кальция и гидроокиси магния, вызываемым повышением рН в результате энергичной фотосинтетической деятельности водорослей. Во время массового размножения фототрофного планктона вода приобретает различные запахи и привкусы, порой исключающие ее пригодность для питья. Например, Anabaena lemmermanni придает воде затхлый запах, Microcystis aeruginosa — сильный ароматический, Ceratium hirundi-nella — запах рыбьего жира. Кроме того, водоросли, цианобактерии и их метаболиты могут иметь для человека токсическое значение. Мерой предупреждения массового развития фототрофного планктона прежде всего может служить охрана водоемов от попадания веществ, увеличивающих содержание в воде питательных солей. Это особенно важно, когда водоёмы окружены плодородными пахотными землями и поверхностный сток богат биогенами. Если вблизи находится лес, то необходима охрана водоема от попадания в него подмываемых деревьев и листового опада. Принос биогенов водотоками можно снизить, если создавать в них заросли высших растений. Макрофиты аккумулируют биогены в своих тканях, делая поступающую воду менее пригодной для размножения водорослей и цианобактерии. Культивирование макрофитов в самом водоеме — источнике водоснабжения подавляет развитие в нем водорослей и одновременно усиливает процессы самоочищения за счет аэрации воды, ее детоксикации и др. Другая форма биологической борьбы с цветением водоемов — разведение в них рыб, в частности альгофагов. Они не только минерализуют и аккумулируют органику, но и ускоряют процессы биологического самоочищения благодаря инициированию начальных стадий разрушения различных объектов. Таким образом, рыбное хозяйство, умело поставленное на водоеме питьевого водоснабжения, может обеспечить улучшение качества воды, сопровождающееся выходом ценного пищевого сырья. Биологическое самоочищение можно усилить путем управления многими гидробиологическими процессами. Например, пологий песчаный берег с периодически набегающей на него водой представляет собой первоклассное «очистное сооружение», работающее подобно биофильтру. Набегающие волны смачивают песок, вода фильтруется сквозь него, и организмы, развивающиеся в порах грунта, минерализуют находящиеся в ней органические вещества. Для предотвращения массового развития водорослей широко применяют внесение в воду медного купороса. Большинство водорослей, за исключением протококковых, гибнет при его концентрациях от 0,1 до 0,6 мг/л, которые безвредны для человека, и никакого привкуса воде не придают.