M04025

241

Hg2+ + H2S → HgS ↓ +2H +

2Bi3+ + 3H2S → Bi2S3 ↓ +6H +

Хемотрофи для синтезу органічних речовин використовують H2S як джерело хімічної енергії:

CO2 + 2H2S → C(H2O) + H2O + 2S ↓

Хімічні процеси – хімічні реакції, що супроводжуються утворенням малорозчинних, малодисоційованих, газоподібних сполук.

Pb2+ + CO32− → PbCO3 ↓

4Fe2+ + 6H2O + 3O2 → 4Fe(OH )3 ↓ Fe3+ + 3C2O42− → [Fe(C2O4 )3 ]3−

Al3+ + HOH Al(OH )2+ + H +

Біохімічні процеси відбуваються за участю живих організмів. У більшості морських рослинних і тваринних організмів відношення числа атомів P:N:C дорівнює 1:15:80, тому нітроген і фосфор лімітують процеси життєзабезпечення в океані. Мікроскопічні одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми бактеріального, рослинного та тваринного походження обумовлюють значною мірою колір та каламутність води.

Так, колір води вже помітний при концентрації біомаси водоростей примірно 1мг/л, а у період «цвітіння» води може бути 1,5 – 2,0 кг/м3, іноді до 40 – 50 кг/м3. Роль водоростей надзвичайна: акумуляція з води катіонів металів, знешкодження фекальних вод, деякі знищують віруси грипу, поліомієліту, руйнують пестициди. Однак, розмноження деяких видів водоростей (переважно синьозелених) сприяє евтрофікації водойм.

6.11 Контроль якості води

В умовах антропогенної дії оцінювання якості води в річках і водоймищах дозволяє визначити їх придатність для водокористування, тобто оцінити кількість та якість води.

Відповідно до водного кодексу України, оцінка якості води здійснюється на основі нормативів екологічної безпеки

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

242

водокористування та екологічних нормативів якості води водних об’єктів.

Оцінка якості води на основі нормативів екологічної безпеки водокористування. Діючі нормативи дають змогу оцінити якість води, яка використовується для комунально-побутового, господарсько-питного та рибогосподарського водокористування.

До комунально-побутового водокористування належить застосування водних об’єктів для купання, занять спортом та відпочинку.

Господарсько-питне водокористування охоплює використання водних об’єктів як джерел господарського водопостачання, так для водопостачання підприємств харчової промисловості.

До рибогосподарського водокористування відносять експлуатацію водних об’єктів як середовища існування риб та інших водних організмів. Водні об’єкти рибогосподарського призначення поділяють на об’єкти вищої категорії – місця розміщення нерестилищ, масового нагулу та зимувальних ям особливо цінних видів риб та інших промислових водних організмів, а також охоронні зони господарств будь-якого типу для штучного розведення та вирощування риб, інших водних рослин і тварин; об’єкти першої категорії – водні об’єкти для збереження і відтворення цінних видів риб, що мають високу чутливість до вмісту кисню та об’єкти другої категорії – водні об’єкти, що використовують для інших водогосподарських цілей. Річні ділянки одного водного об’єкта можуть належати до різних категорій водокористування.

Придатність води для забезпечення народногосподарських потреб визначається через оцінювання її хімічного, фізичного та біологічного показників. Ці показники є диференційованими, оскілки вимоги до якості води визначаються видом водокористування. Найбільш жорсткі норми якості води передбачені при використанні її для питних потреб.

За системою екологічної оцінки якості поверхневих вод суші та естуаріїв України відокремлюють вісім категорій якості води, які базуються на узагальнюючих ознаках: І – відмінна; ІІдобра; ІІІ – досить добра; IV – задовільна; V – середня; VІ – погана; VІІ – дуже погана; VІІІ – занадто погана.

Категорії якості води відображають природний стан, а також ступінь антропогенного забруднення поверхневих вод суші. За

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

243

ступенем забруднення якість води поділяють на такі категорії: І – дуже чиста; ІІ – чиста; ІІІ – досить чиста; IV – слабо забруднена; V – середньо забруднена; VІ – сильно забруднена; VІІ – брудна; VІІІ – дуже брудна.

Гранично-допустима концентрація (ГДК) – рівень концентрації речовин у воді, за перевищення якого вона вважається непридатною для певного виду водокористування.

Усі речовини за характером негативного впливу поділяють на 5 груп. Кожна група об’єднує речовини однакової ознаки впливу, яку називають ознакою шкідливості. Одна і та ж сама речовина у різних концентраціях може спричинювати різні ознаки шкідливості.

Лімітуюча ознака шкідливості (ЛОШ) – ознака шкідливості, яка з’являється при найменшій концентрації речовини.

До І групи віднесені речовини, до яких висуваються загальні вимоги щодо обсягу розчиненого кисню, БСК5, зважених речовин, водневого показника (рН), мінералізації; ознака шкідливості – загальносанітарна. У ІІ групу увійшли речовини із санітарно-

токсикологічними лімітуючими ознаками шкідливості: SO2-4, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NO-3, Cr3+; ознака шкідливості – санітарно-

токсикологічна. До ІІІ групи належать речовини токсикологічної ЛОШ

(N – NH4, N – NO2, Cu2+, Zn2+, Ni2+, СПАВ); ознака шкідливості – токсикологічна. До IV групи відносять речовини рибогосподарських ЛОШ: феноли, нафтопродукти; ознака шкідливості – рибогосподарська. V група охоплює речовини з органолептичними ЛОШ: Fe заг та ін.; ознака шкідливості – органолептична.

Оцінюючи якість води у водоймах комунально-побутового та господарсько-питного водокористування, з’ясовують також клас шкідливості речовини. Його визначають залежно від токсичності, кумулятивності, мутагенності та ЛОШ речовини. Розрізняють чотири класи шкідливості речовин: перший – надзвичайно шкідливі; другий – високо шкідливі; третій – шкідливі; четвертий – помірно шкідливі.

При оцінювання якості води використовують принцип адитивності – односпрямованої дії, відповідно до якого належність кількох речовин до однієї і тієї ж самої ЛОШ виявляється у підсумовуванні їх негативного впливу.

Оцінювання якості води з точки зору екологічної безпеки для різних потреб водокористування здійснюється за певною методикою, а саме: водні об’єкти вважають придатними для комунально-побутового

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

244

та господарсько-питного водокористування, якщо одночасно виконуються такі умови:

-не порушуються загальні вимоги до складу та властивостей води для відповідної категорії водокористування;

-щодо речовин, які належать до третього та четвертого класу шкідливості, виконується умова:

С≤ГДК, де С – концентрація речовини у водному об’єкті, г/м3;

-щодо речовин, які належать до першого та другого класів шкідливості, виконується умова:

å ГДКCi i ≤1,

де Сі та ГДКі – відповідно, концентрація і ГДК і-тої речовини першого чи другого класів шкідливості.

Біологічні чинники: це рослинний і тваринний світ, їх продуктивність та вплив на численні хімічні процеси у водоймі, що зумовлюють деякі показники якості води, а саме – бактеріальні показники. Вони характеризують забруднення води патогенними і непатогенними мікроорганізмами, які визначають за чисельністю коліфагів та чисельністю лактопозитивних кишкових паличок.

Кишкова паличка – мікроорганізм, який живе у шлунку людини чи тварини і взятий окремо не шкідливий. Наявність його у воді свідчить про можливість розвитку хвороботворних бактерій.

Доброякісність питної води визначається кількістю кишкових паличок в 1 л води.

Показник колі-індекс води. За нормами 1 л питної води не мусить мати більше ніж 3 бактерії групи кишкових паличок.

Обернена величина колі – титр: це кількість мл води, в якій міститься одна кишкова паличка. У питній воді цей показник не повинен бути меншим, ніж 333 мл.

Задача:

щоб визначити колі-індекс промислових стічних вод крізь мембранний фільтр пропущено 1,5 л води. Посів на середовище ендо показав, що виросла наступна кількість типових колоній бактерій групи кишкової палички:

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

245

100 мл – 8

200 мл – 10

300 мл – 12

400 мл – 15

500 мл – 18

Колі індекс - ? 1500 – 63 1000 – х Х=42

Відповідь: колі індекс – 42.

Гідробіологічні показники дозволяють дати оцінку стану водойми за видовою різноманітністю рослин і тварин:

1 – оцінка за рівнем сапробності( вмістом органічних речовин) – від полісапробних (найзабрудненіших) до олігосапробних (найчистіших). Кожному рівню сапропробності відповідає певний набір індикаторних організмів.

2 – оцінка за функційними характеристиками водойми. Приклади рівня сапропробності морів: біля берегів Японії

сталася масова поява у 2002 році гігантських медуз Намура. Ці медузи сягають 200 кг і, потрапляючи до рибальських тенет з рибою, пошкоджують рибу. Крім того,така велика вага викликає аварійні ситуації. Були такі випадки, що рибальські судна переверталися і людей рятували найближчі рибальські судна (2005р.). Спроби позбавитись від медуз, знищуючи їх на палубі, призвели до протилежного результату. Гинучи, вони викидали потоки сперми і таким чином у морі кількість медуз швидко зростала. Сьогодні навчилися їх використовувати. У Китаї цих медуз сушать, потім подрібнюють на борошно, з якого виготовляють харчові добавки до їжі людей і тварин, готують локшину і згодовують рибам у ставках риборозведення.

6.12 Охорона вод

Охорона вод – це система заходів, спрямованих на запобігання та усунення наслідків забруднення, засмічування і виснаження вод. Охорона води передбачає встановлення видів та значень показників водоспоживання та водовідведення, а також якості води. Вона

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

246

передбачає розробку методів і засобів очищення стоків, контроль якості води та стоків.

Вибір оптимальних технологічних схем очистки води – досить складна задача, що обумовлено переважним розмаїттям домішок, що містяться у воді, та високими вимогами до якості очистки води. Обираючи засіб очистки домішок, враховують не тільки їх склад у стічних водах, а й вимоги, котрі мусять задовольняти очищені води: ГДС (гранично-допустимі скиди) та ГДК (гранично-допустимі концентрації речовин), а використання очищених стічних вод у виробництві – ті вимоги, які необхідні для здійснення конкретних технологічних процесів.

Схеми очистки стічної води мусять забезпечувати максимальне очищення вод у основних технологічних процесах та мінімальний їх скид у відкриті водойми.

Ступінь очистки стічних вод при скиданні їх до водойм визначається нормативами якості води у розрахунковому створі та більшою мірою залежить від фонових забруднень. Щоб знизити концентрації шкідливих домішок, що присутні у стічних водах, до необхідних величин потрібне досить глибоке очищення. Приклад такого завдання наведено нижче.

Визначити можливість сумісної очистки виробничих побутових стічних вод при наступних вихідних даних: БПК повна суміші стічних вод, що надходять до аеротенків Уа=600 мг/л. Концентрація нітрогену у стічних водах Са=22 мг/л, концентрація фосфору у стічних водах Сф=4 мг/л; витрати стічних вод Q=5000м3/добу.

Вміст біогенних елементів у стічних водах у біологічний очистці залежить від БПКповн вод, що надходять. При цьому витримуються наступні співвідношення:

Са/хвил=5Za/100,

Сф/хвил=1Za/100.

Перевіряємо ці співвідношення.

Са/хвил=30 мг/л, /5*600/100/

Сф/хвил=5 мг/л, /1*600/100/.

Таким чином у стічних водах нестача азоту та фосфору.

Са/хвил = 30 -22 =8 мг/л,

Сф/хвл = 6-4 = 2 мг/л.

Щоб забезпечити нормальний хід біологічних процесів в аеротенках слід додати необхідну кількість біогенних елементів.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

247

Як добавки використовують амонію хлорид, амонію нітрат, калію гідро фосфат, кальцію гіпофосфіт та інші.

Необхідну кількість речовин, що додаються, визначають за наступними формулами:

1.при введені азотвміщуючих речовин, кг/добу:

Ма = [Са / хвил - Са]х1 ×Q

1000 × Ха × Па

2.при введені фосфорвміщуючих речовин, кг/добу:

Мф = [Сф / хвил - Сф]х2 ×Q ,

1000× Хф × Пф

де [Са / хвил - Са] та [Сф / хвил -Сф] нестача азоту та

фосфору у стічних водах, кг/м3, Х1 та Х2 – молекулярні маси азотвміщуючих та

фосфорвміщуючих речовин, Ха та Хф – атомні маси азоту та фосфору,

Па та Пф – кількість азоту та фосфору в молекулах біогенних добавок, що використано.

6.13 Способи очищення стічних вод

Очищення стічних вод – обробка стічних вод з метою руйнування або видалення з них шкідливих речовин. Вилучення зі стоків забруднення – складне виробництво, методи, що для цього використовуються, можна поділити на механічні, хімічні, фізикохімічні та біологічні. Якщо вони застосовуються разом, їх називають комбінованими. Застосування того чи іншого методу залежить від характеру забруднень та ступеню їх шкідливості.

Механічний метод полягає у вилученні зі стічних вод шляхом відстоювання та фільтрації механічних домішок. Грубодисперсні частки, в залежності від розміру, уловлюють решітками, ситами, піскоуловлювачами, гноєуловлювачами різних конструкцій, а поверхневі забруднення – нафтоловками, бензомаслоловками, відстійниками та іншим. Механічне очищення дозволяє виділяти із побутових стічних вод до 60-75% нерозчинних домішок, а з промислових до 95%.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

248

Способи очищення забруднених промислових вод об’єднуються у такі групи:

-відстоювання

-фільтрація

комплексне очищення

Рис. 6.5 Способи очищення забруднених промислових вод

Хімічний метод. До стічних вод додають різні хімічні реагенти, що реагують із забрудниками та осаджують їх у вигляді нерозчинних осадів. Досягається зменшення нерозчинних домішок до 95%, а розчинних до 25%.

При фізико-хімічній обробці стічних вод видаляється лише дисперсні та розчинні неорганічні домішки, а органічні та погано окислювані речовини руйнуються. Найчастіше з фізико-хімічних методів використовується коагуляція, окиснення, сербція, екстракція та інші. Широке застосування знаходить також електроліз. Він полягає у руйнуванні органічних речовин та вилученні металів, кислот та інших неорганічних речовин. Електролітичне очищення в особливих спорудах – електролізерах. Електроліз є ефективним на свинцевих та мідних підприємствах. Забруднені стічні води очищують також за

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

249

допомогою ультразвуку, озону, іонообмінних смол та високого тиску, добре показало себе очищення за допомогою хлорування.

Серед методів очищення стічних вод важливу роль мусить відігравати біологічне очищення, що ґрунтується на використанні закономірностей біохімічного та фізичного самоочищення річок та інших водойм. Є кілька типів біологічних устроїв по очищенню стічних вод: біофільтри, біологічні ставки та аеротенки.

Убіологічних фільтрах стічні води просочуються крізь шар крупнозеренного матеріалу, вкритого тонкою бактеріальною плівкою. Завдяки їм інтенсивно відбуваються процеси біологічного окислення. Вона – діюча складова у біофільтрах.

Убіологічних ставках в очищенні стічних вод беруть участь всі організми, що мешкають у водоймі.

Аеротенки – велетенські резервуари з залізобетону. Тут очищуюча складова – активний мул з бактерій та мікроскопічних тварин. Всі ці істоти бурхливо розвиваються у аеротенках, чому сприяють органічні речовини стічних вод та надлишок кисню, що надходить у споруди потоком з повітря, що подається. Бактерії склеюються у пластівці і виділяють ферменти, що мінералізують органічні забруднення. Мул з пластівцями швидко осідає, відокремившись від очищуваної води. Інфузорії, жгутикові, амеби, коловратки та інші бактерії, що не злиплися у пластівці, омолоджують бактеріальну масу мулу.

Перед біологічним очищенням стічні води піддають механічному очищенню, а після нього щоб видалити хвороботворні бактерії ще й хімічному очищенню, хлоруванню рідким хлором або хлорним вапном. Для дезінфекції використовують також інші фізикохімічні прийоми (ультразвук, електроліз, озонування).

Метод дає добрі результати, коли очищенню піддають комунально-побутові стоки. Він застосовується також і при очищенні відходів підприємств нафтопереробної, та целюлозо-паперової промисловості, виробництві штучного волокна.

Упроцесі біологічного очищення стічних вод беруть участь дві групи бактерій: гетеротрофи та автотрофи. Вони відрізняються за способом використання джерела вуглецевого живлення.. Гетеротрофи використовують вуглець з готових органічних речовин, що переробляються ними для отримання енергії, необхідної для біосинтезу клітин. Автотрофи для синтезу клітин використовують

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

250

неорганічний вуглець, а енергію отримують завдяки фотосинтезу або хемосинтезу (окислення деяких неорганічних сполук – амоніаку, нітритів, солей заліза, сірководню та ін.). Під дією мікроорганізмів можливий перебіг окислювальних (аеробних) або відновлювальних (анаеробних) процесів.

Механізм біологічного окислення в аеробних умовах гетеротрофами-бактеріями можна схематично представити таким чином:

органічні речовини+О2+N+P - мікроорганізми+СО2+Н2О+біологічно неокислені розчинені речовини.

Після використання джерела живлення (повного окиснення органічних речовин) починається процес окиснення клітинної речовини:

мікроорганізми +О2 – СО2 + Н2О + N + P + біологічно нестійкі частинки клітинної речовини.

Відновлювальний процес біологічного очищення стічної води відбувається за схемою:

органічні речовини +Н2О–СН4+СО2+NH+4+ НСО-3+мікроорганізми

Ефективність процесів біологічного очищення залежить від температури, рН середовища, наявності біогенних елементів, рівня живлення мікроорганізмів, кисневого режиму, вмісту токсичних речовин.

6.14 Відновлення води на місцевих заводах біологічної обробки

Всесвітній банк заявив, що методи обробки стічних вод у Північній Америці і Європі не є вінцем наукових досягнень або результатом логічного та раціонального процесу. Скоріше вони – продукт історії, котра почалася близько 100 років тому, коли знання в галузі фундаментальної фізики і хімії були незначні, а мікробіології фактично не існувало. Ці методи не досить розумні, нелогічні, не повністю ефективні, і якби ті ж країни мали можливість почати все спочатку, вони не обов’язково пішли б сьогодні тим самим шляхом.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com