ЭКОЛОГИЯ СОСНИНА

21

23

2.5.Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях

Биологическая очистка воды от загрязнений – это один из видов са- моочищения водоемов в естественных условиях. Она является резуль- татом окисления, адсорбции, фильтрации загрязняющих компонентов под действием микро- и макро- живых организмов (водоросли, моллю- ски, рачки, грибки, бактерии).

Таким образом, метод биологической очистки (биоочистка) сточных

вод позаимствован из природы и применяется как на стадии глубокой доочистки уже предварительно очищенных стоков, так и для получения чистой воды из самых загрязненных стоков (за исключением техноген- ных вод, содержащих большое количество тяжелых металлов и некото- рых трудноокисляемых органических соединений: фенолов, отдельных поверхностно-активных веществ – ПАВ и др.).

Наиболее широко используется биологическое окисление, которое

осуществляется сообществом различных микроорганизмов и более сложных организмов: водорослей, грибов и пр.

При очень высоком уровне загрязнения в первичных стоках практиче- ски нет кислорода, и в этих условиях идут анаэробные (бескислородные) реакции, вызываемые особыми бактериями – анаэробами. Одна из таких реакций, анаэробная метановая ферментация, представлена ниже:

CxHyOzN + H2O → CH4 + CO + C5H7NO2 + NH4+ + HCO3-,

где CxHyOzN – условная формула органического вещества загрязните- лей, содержащихся в сточных водах; С5Н7NO2 – условная формула ор- ганического вещества образующихся клеток микроорганизмов.

Другой окислительный анаэробный процесс – денитрификация, иду- щий с участием так называемых «факультативных анаэробов», протека- ет в две стадии:

I стадия NO3- + CxHyOzN → NO2- + CO2 + H2O;

II стадия NO2- + CxHyOzN → N2 + CO2 + H2O + ОН-.

Такие реакции протекают в прудах-накопителях, куда непосредствен- но поступают стоки с высокой органоминеральной загрязненностью. Уровень загрязненности в стоках чаще всего определяют в лаборатор- ных условиях по величине БПК (биологического потребления кислоро- да). Биологическим потреблением кислорода называется количество ки- слорода, расходуемое микроорганизмами на окисление загрязняющих

воду органических примесей. Различают БПКполн. и БПК5. БПК5 – это ко- личество кислорода в мг/л Н2О, расходуемое на биохимические процес-

сы в течение 5 суток, БПКполн – количество кислорода в мг/л, расходуе-

24

мое на биохимические процессы до наступления реакции нитрификации. Эти реакции, идущие в присутствии органического вещества и кислоро- да, выражаются следующими уравнениями:

CxHyOzN + nO2 ¾ферменты¾¾¾® XCO2 + m H2O + NH3 + Q;

CxHyOzN(загрязнители) + NH3 + O2 ¾ферменты¾¾¾® С5Н6O2N + n CO2 + Q.

После повторного окисления органических веществ кислородом на- чинается реакция нитрификации, идущая в две стадии по уравнениям:

2 NH3 + 3 O2 → 2HNO2 + 2H2O + 660 кДж,

2 HNO2 + O2 → 2HNO2 + 180 кДж.

Микроорганизмы, жизнедеятельность которых обусловлена протека- нием этих реакций, называются аэробами (аэробные микроорганизмы), а сами реакции – аэробными.

На всех очистных сооружениях, работающих в аэробных и анаэроб- ных условиях, механизм очистки сточных вод сводится к 2 процессам:

1)адсорбции загрязняющего воду вещества на активном компоненте (активный ил, биологическая пленка, септический ил и др.);

2)минерализации загрязнений микроорганизмами.

Аэробные процессы очистки сточных вод в естественных условиях про- текают на биологических прудах, полях орошения и полях фильтрации.

Биологические пруды предусматриваются для доочистки биологиче- ски очищенных сточных вод во всех климатических районах за исключе- нием районов Северной климатической зоны, где допускается их приме- нение только в летнее время.

Поля орошения и поля фильтрации относятся к почвенным методам очистки. Это специально подготовленные участки земли, предназначен- ные для биологической очистки сточных вод. При работе полей ороше- ния предусматривается использование влаги и питательных веществ, содержащихся в воде.

Основным назначением полей фильтрации является только очистка сточных вод, поэтому на них дается максимально возможная нагрузка. Сточ- ные воды подаются в специальные борозды, где и происходит их очистка.

2.6.Методика и пример расчета экономической эффективности биоочистки сточных вод на полях орошения

Предотвращенный экономический ущерб Эу (или водоохранный

эффект) в результате функционирования системы биоочистных сооруже- ний сточных вод, представляющих собой поля орошения со спецкульту- рами, поглощающими загрязнители воды, рассчитывается по формуле:

25

где Эу – предотвращенный экономический ущерб, р./год; k – константа,

равная 1440 р./усл.т («Временная типовая методика определения эко- номической эффективности биоочистных утановок»); p – константа ре-

гиона России (табл. 7), V – объем очищенных сточных вод, м3/год, å Аimi – приведенная масса годового сброса загрязнителей, г/ м3.

Приведенная масса годового сброса загрязнений å Аimi зависит от количества загрязнителей в стоках, их фактической массы ( mi ), погло-

Фактическая масса загрязнителя mi , г/м3, рассчитывается по формуле:

где CHi и CKi – начальная и конечная концентрация i загрязнителя в

сточных водах до и после биоочистки, мг/л.

Таблица 7

Значение константы р для регионов России

Пример. Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате работы системы биоочистки сточных вод предприятия

(Краснодарский край) на полях орошения, если Vстоков = 500000 м3/год. Вид, начальные и конечные концентрации загрязнителей стоков

представлены в табл. 8.

Рассчитаем фактическую массу каждого загрязнителя, мг/л или г/м3:

mвзв .в −в = 340 − 20 = 320 ; m( по БПК полн . ) = 207 − 3 = 204 ;

m( азот ) = 56 ,8 − 0,2 = 56 ,6 .

Определим степень токсичности каждого загрязнителя в стоках:

Авзв. в−в= 1: 20 = 0,05;

А(по БПК )= 1:3 = 0,33 ;

А (азот)=1:5 = 0,2.

Определим приведенную массу годового сброса загрязнителей, г/м3:

å АI mi = 320×0,05 + 204×0,33+56,6×0,2 = 16+ 67,32+11,32 = 94,64 г/м3.

Рассчитаем Эу при условии, что р = 2,73:

Эу = 1440 р./год · 2,73 · 500000 м3/год · 94,64 г/м3 · 10-6 = 186024,4 р./год.

2.7. Контрольное задание № 3 (варианты 51–75)

Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результа- те работы биоочистных сооружений предприятия в одном из регио- нов России, при условии, что биоочистные системы (поля орошения) работают при температуре окружающей среды ³ + 100С.

Исходные данные для расчетов и варианты заданий приведены в табл. 9, 10.

Таблица 9

Исходные данные по характеристике стоков предприятия, направленных на биоочистку

27

Окончание табл. 9

Таблица 10

Варианты контрольного задания № 3

3. КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ АТМОСФЕРЫ

Атмосфера – это составная часть биосферы, газовая оболочка Зем- ли, связанная с ней силой тяжести. Атмосферный воздух состоит из азо- та (78,09 %), кислорода (20,93 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %), водорода, гелия и т.д. Ближе к поверхности Земли (20÷30 км) в атмосфере содержится вода. Живые организмы перемещаются только в нижней наиболее плотной части атмосферы – тропосфере. Распро- странение жизни в атмосфере ограничено озоновым экраном (16÷25 км от поверхности Земли). Выше озонового слоя космическая радиация убивает все живое.

Атмосферный воздух в приземном слое имеет различные загряз- няющие примеси как природного, так и антропогенного характера: физи- ческие (электромагнитные волны различной частоты, шумовые загряз- нения); химические (дисперсные и газовые); биологические, которые не

характерны для воздушной среды или превышают средний многолетний уровень этих компонентов. На степень загрязнения атмосферного воз- духа влияют не только источники загрязнения, но и климатические фак- торы (температура, давление, концентрация водяных паров, скорость и направление ветра и др.).

Грязный воздух – это источник порождения смога, кислотных дождей. Он является одним из загрязнителей почвы и наземных водных объек- тов, приводит к деградации наземных и водных экосистем.

Воздух – среда, непосредственно окружающая человека и потому пря- мо воздействующая на его здоровье. Поэтому для каждого вредного ве- щества в воздухе устанавливается два нормативных значения:

– предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей

зоны, мг/м3, это концентрация, которая при работе не более 41 часа в

неделю в течение всего рабочего стажа не может вызвать заболевания у работающих и их потомства;

– предельно допустимая концентрация в атмосферном воз-

духе населенного пункта, мг/м3, это предельная концентрация, которая на протяжении всей жизни человека не должна оказывать на него вред- ного влияния, включая отдаленные последствия на окружающую среду в целом.

Необходимость такого раздельного нормирования определяется тем, что на предприятии в течение рабочего дня работают практически здо- ровые люди, а в населенных пунктах круглосуточно находятся не только взрослые, но и дети, пожилые и больные люди. Поэтому

ПДКав .

Различают ПДКав максимальную разовую и среднесуточную:

29

–ПДКмр – не должна вызывать у человека рефлекторных реакций;

–ПДКср.с – не должна оказывать прямого или косвенного вредного

воздействия при неограниченно длительном вдыхании.

По степени воздействия на организм человека загрязняющие веще- ства подразделяются на 4 класса опасности:

1-й – чрезвычайно опасные ( ПДКмр < 0,1 мг/м3);

2-й – высоко опасные (0,1 мг/м3< ПДКмр < 1 мг/м3); 3-й – умеренно опасные (1 мг/м3 < ПДКмр < 10,0 мг/м3); 4-й – мало опасные ( ПДКмр > 10,0 мг/м3).

3.1.Методика расчета предельно допустимых выбросов в атмосферу от горячих источников.

Определение платы за выброс

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.302.78 для источника выбро- са (стационарного или передвижного) устанавливается предельно допусти-

мый выброс каждого вредного вещества в атмосферу (ПДВi ), который учитывает, что это вещество в совокупности с другими не создаст призем- ную концентрацию загрязняющего вещества, превышающую

Значение ПДВi , г/с, отдельно взятого загрязняющего компонента

при выходе нагретой газовоздушной смеси рассчитывается по формуле

где ПДКмр i – максимально-разовая предельно допустимая концентра- ция i -го компонента, мг/м3; Сф i – фоновая концентрация i -го компонен- та, мг/м3; (ПДКмрi -Cф i ) – максимальная приземная концентрация дан-

ного загрязняющего вещества при выбросе нагретой газовоздушной смеси из исследуемого источника, мг/м3; H – высота выброса над уров- нем земли, м; T – разность между температурой, выбрасываемой га- зовоздушной смеси и температурой окружающей среды, °С; A – коэф- фициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и оп- ределяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания ат- мосферных примесей (для территории Дальнего Востока и Сибири A = 200); F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осе-

30