Модуль 5 Водозабезпечення та водовідведення міст Рис. 5,1. Градирня баштового тину: 1 — нагріта вода; 2 — подача повітря; 3 — охолоджена...

Модуль 5 Водозабезпечення та водовідведення міст Рис. 5,1. Градирня баштового тину: 1 — нагріта вода; 2 — подача повітря; 3 — охолоджена...

Модуль 5 Водозабезпечення та водовідведення міст Рис. 5,1. Градирня баштового тину: 1 — нагріта вода; 2 — подача повітря; 3 — охолоджена...

Модуль 5

Водозабезпечення та водовідведення міст

1. Використання воднихоб'єктів міста(водозабезпечення міста)

Розташованів міській території водотоки і водойми використовуються головним чином для рекреації — купання, відпочинку на березі, катання на веслових і моторних човнах, ловуриби. Якість води в районі пляжів повиннавідповідати нормам і вимогам комунально-побутового водокористування. Контроль якості води воднихоб'єктів, використовуваних для рекреації, здійснює місцева санепідемслужба.На судноплавних ріках, озерах і водоймищах умови проходження і стоянки судів, а також інших плавучих засобів, включаючи заходи для охорони вод від забруднення і засмічення, визначені законодавством.

Скидання стічних вод у водніоб'єкти в межах міської території, відповідно до законодавства, заборонений.Наявні в окремих містах такі скидання сьогодні поступово ліквідуються. Стічні води подаються на загальноміськіочисні спорудження, скид яких у річку розташований за межами міста. У випадку скидання стічних вод у міські річки складскидаємихвод у місці випуску повиннийвідповідати якості води воднихоб'єктів комунально-побутового водокористування.

1.1. Централізоване водопостачання

Забірводи з поверхневих воднихоб'єктів у межах міської території здійснюється, як правило, для технічного водопостачання, поливання міських територій і пожежегасіння.

Для централізованого водопостачання міст використовують водніоб'єкти, що відповідають нормам і вимогам до джерел господарсько-питного водопостачання і, що знаходятьсяна екологічно безпечних територіях.Так, наприклад, водозабір Київського водопроводу знаходиться на р.Десні за 12 км від Києва, Харків забирає питну воду з р.Сіверський Донецьна відстані від міста 24 км, питний водозабір Дніпропетровськарозташований у сел.Аули за 8 км від міста. У межах міської території забір води для питних цілей з поверх­невихводних об'єктів здійснюється у виняткових випадках (створюються спеціальні водосховища, канали).

Зона санітарної охорони місць забору води обладнується з метою забезпечення надійної санітарно-епідеміологічноїситуації. Зона складається з трьох поясів: першого— строгогорежиму, других і третього — режимів обмеження.Границі 1 поясадля водотоку: нагору за течією — не менш200 м від водозабору, униз — не менш100 м, по берегу — не менш100 м; для водойми — урадіусі 100 м від водозабору по акваторії і берегу. Територія I пояса повинна бути обгороджена, спланована й озеленена.Границі II поясу визначаються: нагору за течією водотоку — часом протікання води не менш 3 діб до водозабору: униз — не менш250 м; бічні границі — від 500 м до 1000 м у залежності від рельєфу; для водойми — у радіусі не менш 3 км від водозабору, а по берегу— так само, як і для водотоку.Границі III поясапо акваторії збігаються зграницями II пояса, а по березі складають3—5 км від урізу води. На акваторії встановлюються попереджувальні буї.Територія охороняється, доступ сторонніх осіб заборонений. У межах I пояси можуть знаходитисятільки будинкиі спорудження, зв'язані з експлуатацією водопроводу. У межах II і III поясів приймаються заходи для попередження забруднення джерела водопостачання.

Контроль якості води джерел централізованого господарсько-питного водопостачання здійснюється щодня місцевою санепідемслужбоюі підприємством, що експлуатує водозабірні спорудження.

Питні водозабори з підземних водоносних обріївзвичайно розташовуються в межах міської території.Навколо нихутвориться зона санітарної охорони.Підземні води використовуються як для централізованого господарсько-питного водопостачання, так і для децентралізованого.

Одна з найважливіших частин життєзабезпечення міст — централізоване водопостачання — стикаєтьсяв останні десятиліття звеликимискладностями.Дефіцит воднихресурсів потрібної якості приводить до необхідності транспортувати воду на сотні кілометрів. Зношеність і санітарнийстанводоводіву багатьох містах України досягли критичного рівня.Істотним недолікомцентралізованого водопостачання єзастосування хлору для знезаражування води, що приводе до утворенняі впливу на населення токсичних хлорорганичнихсполук. Хлорування води ефективно тільки стосовно холерного вірусу, збудників черевного тифу і дизентерії. Відносно стійкими до хлорування залишаютьсязбудники паратифу і мікрококи, спорові форми, ентеровіруси, цисти найпростіших і ін. Застосування інших методів знезаражуванняводи стримується в зв'язку з їх більш високою вартістю.

Централізоване водопостачання населення міст знаходитьсяв залежностівід роботи систем водовідведення. Аварії на очисних спорудженнях,що відбувалисяв 80-х і 90-х роках у Дніпропетровську, Ізюмі, ПервомайськуЛуганськоїобласті, Маріуполю, Харковіприводили до змушеного припиненняподачі води в міські водопроводи на тривалий час.

1.2. Децентралізоване водопостачання

Потребалюдини в питній воді не перевищує 10 л/добу, що складаєменше5% від загальногообсягуводи, що приходитьсяна одногоміського жителя при централізованомуводопостачанні.Якісна питна вода в такій кількості може бути надана городянам з підземних джерел, у першу чергу із глибоких, надійно ізольованих шарів.Можуть розглядатися наступні варіанти децентралізованого водопостачання: бутильованняі пакетування екологічно чистої води, розвіз спеціальними автомашинами і відпусткаводи в тару споживача, організація бюветіву житловихкварталах. Досвід використання підземних вод для децентралізованого водопостачання накопичений у Бердянську, Києві, Харковіі деяких інших містах України. Також можуть використовуватися поверхневі води, що пройшлиочищення.Так, в Одесі й інших південних містах України через торговельнумережунадходитьочищена на фільтрах річкова вода, що забирається населенням у свою тару.У Києвіпісля Чорнобильської катастрофи в терміновому порядку було організовано децентралізоване питне водопостачання з мережіартезіанських свердловин. Розбір води здійснюється безкоштовно (Бердянськ, Київ) або за порівняно невелику плату від 3 до 15 коп. за літр (Одеса, Харків). Вартість бутильованоїі пакетувальної води значно вище — до 1 грн. за літр і вище.

Особливий інтерес представляєспосіб децентралізованого водопостачання з бюветовна базі спеціальних артезіанських сверловин, розміщених безпосередньо в житловихкварталах міст. Можливість такого способу питного водопостачання існує в містах, що знаходяться у Дніпровсько-Донецькому, Волино-Подільському і частково Причорноморському артезіанських басейнах. Тут маютьсявеликі запаси кондиційних питних вод, захищених від техногенного впливу.

Свердловинніводозабори обладнуються заглибними насосами і накопичувальними резервуарами.Улаштовуються зони санітарної охорони і зручнідля населення підходи.Водорозбірні пункти повинні перебувати за межами зони строгогорежиму. У розрахунку на неминучі утрати води обладнуються системи водовідводу у зливну систему.При наявності в підземних водах наднормативних концентрацій заліза абофтору тощо варто обладнати відповідну очистку.

З метою підвищення надійності роботи локальних водозаборів необхідно передбачити запасні системи автономного енергозабезпечення — дизельні електростанції, а також запаснінакопичувальні ємності. Економічні розрахунки показують, що в умовах щільної житловоїзабудови навіть при глибині водозабірної свердовини 800 м витрати на будівництво бюветапри відпускній ціні на воду 5 коп. за літр окупляться за 2—2,5 роки, а прибуток при наступній експлуатації одногобювета буде перевищувати 350 тис. грн. у рік.

Можливо створення безпосередньо своєї свердловини для часних будинків зі своює системою водовідведення, але їхня вартість дуже висока і пов”язана з складністю (наявність горизонтів, аналізи, водовідведення – повторне використання). За кордоном створеня такі комплекси (гостиниці зі своїм водозабезпеченням, потім очистка і вода на побутові потреби).

Технологія децентралізованого питного водопостачання має наступні переваги:

Необхідно підкреслити, що розглянуті варіанти децентралізованоговодопостачання єлишедоповненням до централізованого водопостачання міст і пропонують альтернативне джерело якісноїпитної води, що підвищує стійкістьсистеми життєзабезпеченняв кризових ситуаціях.

1.3. Раціональне використання воднихресурсів

Рис. 5,1. Градирня баштового тину: 1 — нагріта вода; 2 — подача повітря; 3 — охолоджена вода


Хоча водніресурси відносятьсядо категорії поновлюваних, їхнє інтенсивне використання в окремих районах і на деяких виробництвахнерідко невиправдано завищено, що приводить до виникнення їхнього дефіциту і, як наслідок, гальмує економічний і соціальний розвиток даної території.Практично у всіх видах водоспоживання маютьсяістотнірезерви економії воднихресурсів. Особливо великі вони в промисловості. Для більшості промислових виробництввимоги до якості використовуваної води значно менші, чим до складувод, що підлягають скиданню у водний об'єкт або в міську систему водовідведення. Тому виробничі стічні води набагато вигідніше направляти на повторне використання в системах оборотного і послідовного водопостачання, чим піддавати очищенню, що задовольняє умовам скидання. У системах оборотного водопостачання вода, використана в технологічномупроцесі, після відповідної обробки багаторазово використовується для виробничих нестатків. У системах послідовного водопостачання вода, використана в одному технологічному процесі, після обробки абобез такої направляєтьсядля використання в іншому технологічному процесі абона іншомувиробництві. Обробка води забезпечує підтримкуїї властивостей відповідно до вимог конкретного технологічногопроцесу, що досягається охолодженням або очищеннямвід зайвого вмістузважених речовин абодомішок, підвищеноїмінералізації і т.д. Найбільше поширенняоборотні системи водопостачання одержали в теплообміннихциклах, де технологічна вода використовується для відведення зайвого тепла від працюючих агрегатів, після чого сама подається на охолодження.О

1

холодження води відбуваєтьсяв градирнях (рис 1) абов бризкальних басейнах.


У процесі охолодження 2—3% води випаровується аборозприскується. Крім того, через негерметичністьтеплообмінної абоводогінної мережі мають місце витоки води. Тому оборотні системи повинні постійно поповнюватися свіжою водою. За рахунок випаровування в оборотному циклі зростають мінералізація і твердістьводи, що приводить до відкладення солей (карбонатів кальцію і магнію) на стінках теплообмінної апаратури і водопровідних труб. Для зниження мінералізації і твердостіводи в оборотній системі частинатехнологічної води (8—10%) періодично заміняють свіжою. Цей процес називається продувним циклом. Для повторного використання технологічної води, що мала контакт із сировиною абоготовою продукцією, їїпіддають очищеннювідповідно до вимог технологічного процесу. Оборотне водопостачання дозволяє в десятки разівзменшити споживання свіжої води. Так, наприклад, у виробництвісинтетичного каучуку при прямоточній системі водопостачання на кожну тонну продукції витрачається 2100 м3води, при оборотній системі добавка свіжої води складає165 м3на 1т каучуку.

Ефективність використання води у виробництвіоцінюється: коефіцієнтом використання води:

коефіцієнтом водообороту

безповоротні втрати води

де Q— витрата свіжої води, що забирається з джерела водопостачання, м3/добу; Qc— витратаcкидноїводи, м3/добу; Qоб— витрата оборотної системи водопостачання, м3/добу.

У багатьох технологічних процесах і виробництвахстворені замкнутісистеми водопостачання, щовиключають скидання стічних вод. До складу замкнутихсистем водопостачання входять спорудженнядля очищеннятехнологічноїводи, щозабезпечують підтримку її складуі властивостей відповідно довимог даного технологічного процесу.

Для подолання наростаючого дефіциту воднихресурсів, а також з метою зменшення плати за забірводи створюються замкнуті системи водногогосподарства промислових вузлів і територіально-промислових комплексом(рис.2). Поповнення безповоротних утрат води в замкнутих системах здійснюєтьсяз воднихоб'єктів абоза рахунок використання очищених стічних, дощових і талих вод.Останніособливо якісні завдяки їхній низькій мінералізації.

Рисунок 2 Замкнута система водного господарства

1 – водний об’єкт, 2 – водозабір, 3 – водопідготовка питної води, 4 – водопровід; 5 – житлова зона, 6 – колектор господарсько – побутових вод; 7 – споруди механічної очистки стічних вод; 8 – споруди біологічної очистки; 9 – поля зрошення з підземним колектором; 10 – промпідприємства; 11 – очистка і повторне використання СВ; 12 – накопичувач орошуючих вод



2. Системи водоотведенияй очищеннястічних вод

Відходи життєдіяльності людини, вода, використана для побутових потреб і в технологічних процесах, а також дощовіі води зміськоїтериторії виділяютьсячерез систему водовідведенняі подаються на загальноміськіочисні споруди. При відсутності абоперевантаженніміськихочисних споруду водніоб'єкти вимушено скидаються неочищеніабонедостатньо очищені стічні води, що приводить до забруднення водногооб'єкта на значній території. При обмеженійпродуктивності міських очисних спорудженьдощові і талі води частково абоцілкомскидаються у водніоб'єкти без очищення, разом з ними може скидатися і частиназагальноміських стічних вод.

2.1. Системи водовідведення. Система водовідведення, називаєма ще каналізаційною системою, включає наступні основні елементи: внутрішніводовідвіднісистеми в житловихбудинкахабовиробничих приміщеннях; внутрішньоквартальні абовнутрішньомайданчикові водовідвіднімережі; зовнішні(позаплощадкові) водовідвіднімережі; регулюючі резервуари; насосні станції і напірнітрубопроводи; очисні споруди; випуски очищених стічних вод у водніоб'єкти; аварійні випуски стічних вод у водніоб'єкти. Водовідвідні системи підрозділяються на загальносплавні, роздільні і комбіновані. У свою чергу роздільні системи підрозділяються на повні роздільні, неповні роздільні і напівроздільні.

Загальносплавна система водовідведеннямає одну водовідвіднумережу, призначенудля відводу скидаємихвод усіх категорій: господарсько-побутових, виробничих і дощових (рис 3). По довжині головного колекторазагальносплавної системи можуть улаштовуватися ливневі випуски для безпосереднього скидання в ріку частини стоку, щопропускається по системі водовідведення. Це робиться з метою зменшення розмірів і кількості колекторіву кінцевій частині системи і відповідного її здешевлення.

Рис.3. Загальносплавна схема водоотведения:

РНС — районна насосна станція; ГНС— головна насосна станція; ОС— очисні споруди; ПП— промислове підприємство

1 — границя міста; 2 — зовнішня (зовнішня) водовідвіднамережатрубопроводів; 3 — ливневі випуски; 4 — дюкер; 5 — напірні трубопроводи; 6 — випуск очищених стічних вод; 7 — лінії вододілів

Ливневі випуски влаштовуються таким чином, щоб виключити можливість переповнення головного колектора під час сильного дощу.Конструкція і розміщення липневих випусків забезпечують включення їх у роботу, тобто скидання вод у ріку, не раніше, ніж через 30 хвилин після початку інтенсивної зливи. За цей час найбільш забруднена частина поверхневого стоку зміської території по загальносплавному колекторі надходитьна міські очисні спорудження, а менш забруднена частина при наповненні головного колектора почне надходитибезпосередньо в річку.Зрозуміло, що випуск неочищених стічних вод у річку зв'язаний з її можливим забрудненням. Томурозміри вихідних отворів липневих випусків і відповідно витрата неочищених вод, що скидаються через них,визначаються виходячи з асимілюючої здатності водотоку. Застосування загальносплавної системи водовідведеннядоцільно при наявності в місті повноводної ріки.

Повна роздільна система водовідведеннямає дваабобільшеколектори, призначених для окремого відводу стічних вод визначеноїкатегорії. 1)Господарсько-побутовістічні води відводять на загальміські очисніспорудження, де роблять їхнє очищеннядо рівнів, щозадовольняють умовам скидання у водніоб'єкти. 2)Очищеннявиробничих стічних вод здійснюють на спеціальних очисних спорудженняхданого промислового об'єкта абогрупи таких об'єктів.Після очищеннявиробничі стічніводи можуть бути використані для технічного водопостачання, подані на загальміські очисні спорудженнядля доочищення абоскинуті у воднийоб'єкт. Талі і дощові води по колекторізливової каналізації подаються на очищенняі надалі використовуються для технічного водопостачання абоскидаються у водніоб'єкти.

Неповна роздільна системаводовідведенняпередбачає відвід господарсько-побутових і виробничих стічних вод по єдиному колекторі. Відвід дощових вод виробляєтьсяокремо по колекторах, лоткам абоканавам. Як правило, неповна роздільна система використовується для невеликих об'єктів водоотведенияі єпершиметапом створення повної роздільної системи.

Напівроздільна система водовідведенняпередбачає відвід суміші господарсько-побутових і виробничих стічних вод по одному загальномуколекторі, а дощових вод — по іншому. Дощові і виробничо-побутові колектори по трасі водоотведенияперетинаються (рис. 4). У місці перетинання встановлюються розділові камери, за допомогою яких дощовий стік цілкомабо частково з дощового колектора попадає в головний. При порівняно малих витратах дощових вод вони цілкомнадходять у головний колектор. При великихвитратах дощових вод у головний колектор надходить лишечастина дощового стоку, що протікає по нижній частині дощового колектора. Це найбільш забруднена частина дощового стоку, що відводитьсяз прилягаючої території в початковий період дощу, коливідбувається змив основної маси забруднюючих речовин. Надходжуюча у наступний період менш забруднена частина дощового стоку через розподільнукамеру відводиться у воднийоб'єкт без очищення. У суміші з дощовими водами частково скидаються і стічні води.

Рис.4. Напівроздільна система водоотведения:

1 — виробничо-побутова мережа; 2 — зливова мережа; 3 — промислове підприємство; 4 — розділові камери


2

Комбінована система водоотведенияявляє собою сукупність загальносплавної системи зповноюроздільною. Така система формується в міру розвитку і реконструкції каналізаційної мережіміста. У старій частиніміста може функціонувати загальсплавна система водоотведения, а в районах новобудов створюється повна роздільна система.

2.2. Загальміські очисні споруди

Вода, що надходитьу міську систему водоотведения, звичайно являє собою суміш господарсько-побутових і виробничих стічних вод.По системі водовідведенняці води подаються на загальміські очисні спорудження.Якщо дозволяє продуктивність цих споруджень, сюди ж надходятьчастково абоцілкомдощові і талі води. Повнийкомплекс загальміських очисних спорудженьвключає блоки: механічного і біологічного очищення, доочищення, знезаражування, обробки осаду (рис. 5).

решітка

поступання стічних вод


пісколовка

піскові майданчики

на планування

на горіння

преаератор


первинний відстійник

метантенк

на регенерацію


аеротенк

обезводнення збродженого осаду

або якщо без метатенків


вторинний відстійник

мулоущільнювач

мулові майданчики

на добрива

знезараження

контактні резервуари



додаткове очищення

подача зжатого повітря

надлишковий активний мул


Механічне очищеннязабезпечує видалення зі стічних вод великих включень, зважених і домішок, що плавають. До складу блокумеханічногоочищеннявходять ґрати, іноді здробилками, пісколовки, преаератори і первинні відстійники.

Ґратипризначені для уловлювання великих включень, що при необхідності подрібнюються в дробилках. На ґратахвилаляєтьсяпрактично повнийвитягзі стічних вод великих включень, що очищаються. Видалені великі включеннявивозяться на полігон побутовихвідходів.

У пісколовках,що представляютьсобою ємностівизначенихрозмірів, завдяки різкому зменшенню швидкості плинурідини, щоочищається,відбуваєтьсяосадження зваженихречовин. У песколовкахвидаляєтьсязі стічної води приблизно 40—60% дрібних механічних домішок. З пісколовокосад подається на пісковімайданчики. Після висихання він може бути використанийдля планувальних робіт.

У преаераторах відбуваєтьсяпервинне насичення стічних вод киснемшляхом подачі стиснутогоповітря, що істотно поліпшує процес біологічногоочищення. У стічних водах, щонадходятьіз систем водовідведення, розчиненийкисень практично відсутній. Змішаннявод, щоочищаються,з повітрям сприяє відділенню нафтопродуктів і інших плаваючих домішок, що відбуваєтьсяв первиннихвідстійниках, названих такожнафтоловушками.Ступінь видалення домішок, що плавають,складає 60-80%. Нафтопродукти, щоспливли,спеціальними шкребкамизбираються в бочки і направляютьсяна регенерацію.

З первинних відстійників стічні води, щоочищаються,надходятьу блок біологічногоочищення, де відбуваєтьсядеструкція органічнихсполук,що піддаються біохімічному окислюванню. Зі спорудженьбіологічного очищеннянайбільше поширенняодержалиаеротенки. Вони являютьсобою залізобетонні, рідше цегляні абометалеві подовженіємності, де відбуваєтьсяконтакт стічних вод, щоочищаються,зактивним мулом при одночасномунасиченні їх киснемповітря. Активниймул являєсобою спеціально культивовану сукупність мікроорганізмів, їжею для яких служать органічні речовини,що містятьсяв стічних водах. Нормальний вмістактивного мулу в стічних водах, що очищаються,складає2 г/л(по сухій речовині). Для інтенсифікації процесу деструкціїорганічних сполук в аеротенкипостійно нагнітається стисненеповітря в співвідношенні 10:1 ( до обсягурідини, що очищається). Аэротенкив блоці біологічного очищеннярозташовуються таким чином, щобстічна вода, що очищається, проходячи через нихпослідовно одинза другим, знаходиласяв контакті зактивним мулом протягом 18—20 годин. Температура води в аеротенкахповинна бути не нижче +5° С и не вище 40° С. Ступінь деструкції в аеротенкахорганічних речовин, щопіддаються біохімічномуокислюванню, складаєблизько 90%.

Очищенів аэротенкахстічні води надходятьу вторинні відстійники, де відбуваєтьсяосідання активного мулу, що потрапивсюди з аеротенковразом з водою. Мікроорганізми активного мулу при осіданні адсорбуютьсвоєю поверхнею дрібні суспензії,що залишилисяв стічних водах після проходження песколовокі первинних відстійників, а також іони важкихметалів. Ступінь витягуметалів за рахунок адсорбції мікроорганізмами коливається від 10 до 60%.

Після вторинних відстійників вважаються, що міські стічні води пройшли біологічне очищенняі можуть бути скинуті в поверхневі водніоб'єкти. Перед скиданням в обов'язковому порядку виробляєтьсяїхнє знезаражування шляхом обробки хлорною водою. Готування хлорної води здійснюєтьсяв хлораторнійрозчиненням активного хлору у воді. Після хлорування скидаємавода повинна пройтидегазацію, тому що попадання активного хлору у воднийоб'єкт може привестидо загибелі риби.Дегазація скидаємихвод відбуваєтьсяв каналах і бистротокахпо шляхупроходження від місця хлорування до місця випуску у воднийоб'єкт. У деяких країнах замість хлорування застосовують озонування.І той, і іншийспособи знезаражування води мають свої переваги і недоліки. У нашій країні для знезаражування стічних вод застосовують в основномухлорування.

Якщо якість очищеннястічних вод не задовольняє умовам їхнього скидання у водніоб'єкти ( поповнення річок, спец використання) то в цих випадках організується їхнє доочищення. При поповненні стоку міських рік очищеними стічними водами доочищення повинне забезпечити додання їмвластивостей і складу, властивим природним річковим водам. Для доочищення стічних вод використовують фільтри ззернистим завантаженням, установкипінної і напірної флотації, коагуляцію і флокуляцію, сорбцію, озонування, установкидля витягу з води з'єднаньфосфору й азоту. Для додання очищеним стічним водам якостей природноїводи їхнє доочищення проводитьсяв каскаді біологічних ставків абона біоинженерних спорудахтипу біоплато (далі розглядатимемо).

У процесі біологічного очищеннястічних вод утвориться велика кількістьосаду, що являє собою відмерлий або надлишковий активний мул, що віддаляється з аеротенкові вторинних відстійників. Мул маєвологість 97—98% і дуже погано віддає воду. З метою зневоднювання його спочатку обробляють у метантенкахабо аеробних стабілізаторах, потім піддають механічному зневоднюванню в гідроциклонах, центрифугах, вакуум-фільтрах абофільтр-пресах, після чого направляють на мулові площадкидля остаточного висушування.

У метантенках,що представляютьсобою герметичні циліндричні резервуари, протягом декількохгодин при температурі 33—53° С відбуваєтьсябродіння мулу. При обробці в метантенкімул утрачає своюводоуутримуючу здатність, його вологість знижується до 92—94%. У процесі бродіннявиділяється газ, головним чином метан, з теплотворною здатністюдо 5000 ккал/м3. З 1 кг осаду (по сухій речовині) утвориться близько 1 м3газу щільністю 1 кг/м3. Одержуваний газ використовується звичайно для нагріву під час біологічного очищення.

В аеробних стабілізаторах, щопредставляють собою звичайні аеротенки, активний мул піддається посиленій аерації протягом декількохдіб. Витрата повітря при цьому складає до 2 м3/годинуна 1 м3місткості стабілізатора. Вологість мулу знижується на 2—3%, він значною мірою утрачає своюводоутримуючу здатність.

При механічномузневоднюванні вологість осаду може бути знижена до 65—70%, а обсяг його, у порівнянні із сирим осадом (вологістю 98%), зменшений у 15—20 разів.

Остаточне висушування осаду відбувається на муловихмайданчиках. Майданчики являють собою вирівняні участки(карти) площею 0,25— 2 га, обвалованіневисокими (0,7—1 м) дамбами.Тут у природних умовах протягом декількохмісяців (до року) відбуваєтьсявисушування і компостування(перегнивання) муловогоосаду. Компостованиймуловий осад є гарним органічним добривом. Обмеження в його застосуванні можуть бути зв'язані знаднормативним вмістомз'єднань важких металів.

2.3 Очисні спорудженняневеликих населених пунктів

Очищенняпорівняно невеликих витрат стічних вод може бути забезпеченона більш простих по конструкції спорудах, принцип дії яких також ґрунтується на процесах біохімічного розкладання органічнихречовин сукупністю мікроорганізмів.

Найбільш простими очисними спорудами, що використовуються людиноювже більш п'ятисторіч, єполя фільтрації. Вони являють собою сплановані площадки (карти) зухилом до 0,02, обвалованідамбами, площею від декількохквадратних метрів до 1,5—2 га. Поля фільтраціївлаштовуються звичайно на проникних ґрунтах — пісках, супісках,легких суглинках. Поряд з біологічним очищеннямстічних вод, у якій беруть участь сукупність мікроорганізмів як водних,що формуютьсяна поверхні карт, так і ґрунтових,що розвиваються в товщі проникнихґрунтів, у процесі фільтрації води через породи підстилаючої поверхнівідбуваєтьсяїї додаткова механічна і частково фізико-хімічне очищення. Перевагамиполівфільтрації є простота обладнання і експлуатації.До їхніх недоліківварто віднести необхідність заняттявеликихплощ, можливість забруднень підземних вод і атмосферного повітря газоподібними продуктами розкладання господарсько-побутових стічних вод, що відчувається на відстані до 200 м від полівфільтрації.

Різновидом полівфільтрації єполя підземної фільтрації, у яких на глибині 0,5—1,8 м укладаються дренажні труби. По них очищена вода відводиться зполівфільтрації і використовується для зрошення сільськогосподарських угідь.



Прогресивнимрозвитком методів природного біологічного очищенняєбіоінженерніспорудитипу біоплато. Для очищенняі доочисткистічних вод населених пунктів можуть бути використані конструкціїтипу інфільтраційних і поверхневих биоплато(рис. 6).

11



10







Рис.6. Очисні спорудитипу біоплато:

А- інфільтраційнебіоплато; Б — поверхневебіоплато

1 — подача води на очищення; 2 — відстійник; 3 — осад; 4 — розподільний трубопровід; 5 — протифільтраційний екран; 6 — рослинний ґрунт; 7 — пісок; 8 — щебінь; 9 — дренаж; 10 — вища воднарослинність; 11 — кам'яний накид; 12 — очищена вода

Інфільтраційнебиоплато— інженерна споруда, розміщена, як правило, у котловані глибиною до 2 м, на дні якого влаштовується протифільтраційний екран з поліетиленової плівки. Поверх екрана укладається горизонтальний дренаж і шар щебеню, піску, керамзиту абоіншого фільтруючого матеріалу. Поверхняспорудизасаджується очеретом, рогозомабо іншими місцевими видами вищої водноїрослинності з розрахунку не менше10—12 стебел на 1 м2. За технологією біоплатов очищенніводи беруть участь сукупність водних(на поверхні) і ґрунтових (у фільтруючому шарі) мікроорганізмів, вища воднарослинність і сам фільтруючий шар. Поверхневебиоплатотакож розміщається в котловані і має протифільтраційний екран. Роль дренажу виконує кам'яний накид, замість фільтруючого шару укладається ґрунт котловану, поверхняякогозасаджується вищою водноюрослинністю.Вища воднарослинність, крім очисноїфункцій, забезпечує підвищену транспірацію (випаровування) рідини, що очищається,у літній період приблизно на10-15%. Транспіраційні властивості вищої водноїрослинності можуть бути використані також для прискоренняпідсушування муловихмайданчиків, підвищення пропускної здатностій ефективності очищенняполівфільтрації.

Очисні спорудиза технологією біоплатоскладаються, як правило, з декількохблоків, розташовуваних каскадом, причому блок поверхневогобіоплатоєкінцевим. До складу спорудбіоплатов якості кінцевогоможе бути включенаболотиста ділянка{природне поверхневебиоплато) з наявністю достатніх заростей вищої водноїрослинності. Початковим блоком спорудєвідстійник, де відбуваєтьсявидалення великих включеньі зважених речовин. За технологією біоплатозабезпечується очищеннягосподарсько-побутових стічних вод по БПК5до 5—10 мг/л, по зважених речовинах — до 8—12 мг/л, причому наявність зваженихречовин в основномузв'язано звиносом їх з фільтруючого шару. Значно (на 40—70%) знижується вмістз'єднаньазоту і фосфору. Спорудибіоплато, вдало розташованіпо рельєфумісцевості, не вимагаютьзастосування електроенергії, хімікатів і забезпечують надійну роботу як у літній, так і в зимовий період. Для очищеннявиробничих стічних вод за технологією біоплатопотрібно робити їх попередню очистку відповідно до особливостей їхнього складуі властивостей.

2.4. Методи очищення виробничих стічних вод

Очищеннявиробничих стічних вод організується з метою використання їх у системах оборотного, послідовного абозамкнутого водопостачання, забезпечення умов прийому до міських систем водовідведенняабоскидання у водніоб'єкти.

Вода, використана в технологічному процесі, міститьдомішкиу вигляді: зважених часток розміром від 0,1 мкмі більше, що утворюють суспензії; крапельок, що нерозчиняються у воді, іншої рідини, що утворюють емульсії; колоїдних систем з частками розміром від 1 мкмдо 1 нмі розчинених у воді речовин у молекулярній абоіонній формі.Домішки,що утримуютьсяв технологічній воді, часто цінноюсировиною абоготовою продукцією.

Методи очищеннястічних вод підрозділяються на механічні, хімічніі біологічні.

Механічні методи очищеннязабезпечують виділенняз стічних вод зважених і плаваючихдомішок. Найбільш простий спосіб видаленняцих домішок — відстоювання, у процесі якого зважені речовиниосідають на дно, а плаваючі домішки(легші за воду), спливають на поверхнювідстійників. Відстійники влаштовуються горизонтальні, вертикальн і радіальні (рис 6).


1

2

В

3

Рис. 5.6. Відстійники:

А — горизонтальний; Б — вертикальний; В — радіальний

1 - забруднена вода; 2 - очищена вода; 3 - осад (шлам); 4 - скребковий механізм

У горизонтальному відстійнику довжина в 8—12 разів більшейого глибини. Відстійники бувають безперервної абоперіодичної дії. У відстійниках безперервної дії відділення домішок відбувається завдяки різкому зменшенню швидкості рухурідини, що очищається, (до 0,005— 0,01 м/с).Тривалість проходження рідиничерез відстійник складає1—3 години.Ефективність осветленияводи — від 40 до 60%. У відстійникахперіодичної дії тривалість відстою рідини складаєкілька годин (без руху), після чого відбуваєтьсявидалення домішок, що спливли, проясненої води й осаду. Потім процес повторюється.

Глибина (висота) вертикального відстійника в кілька разів перевищує його горизонтальний розмір. Поділ твердої і рідкої фаз відбуваєтьсяза рахунок зменшення швидкості потоку і зміни його напрямкуна 180°. Вертикальнівідстійники більш компактні, однак їхня ефективність на 10—20% нижче, ніж у горизонтальних.

У конструкції радіального відстійника реалізований принцип дії вертикальногоі горизонтального відстійників. У центральній його частині відбуваєтьсязміна напрямку потоку рідини, що очищається, а від центра до периферії він працює в режимі горизонтального відстійника. Це дозволяє одержувати досить компактні спорудженнявеликої продуктивності.Ефективність осветленияв радіальних відстійниках досягає 60%. Глибина їх коливається від 1,5 до 5 м, діаметр — від 15 до 60 м.

У залежності від видувловлюємих домішок, відстійники можуть називатися нафтоловушками, жироловушками і т.п. Ефективність видалення з води даних домішок, складає 95—96%. Домішки, що спливли,віддаляються зповерхні спеціальними пристосуваннями і направляютьсяна утилізацію.

Для видалення з води волокнистих домішок (часточок вовни, ниток, азбесту й ін.) використовується дисковийволокновловлювач,що представляєсобою обертовий перфорований диск, по якомутонким шаром стікаєрідина, що очищається.

Для підвищення ефективності процесу освітленнядо очищаємої рідини у відстійникахдодають коагулянти речовини, що при взаємодіїзводою утворять хлопкопобні (хлоп’я) частки розміром 0,5—3 мм із розвитийповерхнею, щоволодіють також невеликим електричним зарядом. При осіданні ці хлопьязахоплюють з рідини зважені і колоїднічастки. Як коагулянти застосовуються сірчанокислий алюміній, хлорне залізо й ін. Витратаїх складає від 40 до 700 кг/м3рідини, що очищається. Високі дози відносятьсядо фізико-хімічного очищеннятехнологічних вод, що забезпечує видалення хрому і ціанідів, а також знебарвлення води.

Інтенсифікації процесу коагуляції сприяє добавка флокулянтів— речовин,що забезпечують з’єднанняпластин коагулянтів і прискорюютьтим самимїхнє осадження. Як флокулянти застосовують клейкіречовини: крохмаль, декстрин, силікатний клей. Досить ефективнимє синтетичний флокулянт — поліакриламід (ПАА), що широко використовується також при підготовці питної води. Доза застосування ПААколивається від 0,5 до 25 г/м3рідини, що очищається. Впроваджуються в практику й інші коагулянти і флокулянти на основі активних полімерів, дози застосуванняяких у десятки разівменше.

Тонкодисперснічасточки, що не вдається витягти з рідини у відстійниках, можуть бути вилученіза допомогою фільтрування. Процес фільтрування полягаєв проходженні рідини через пористу перешкоду, на якій осаджуються дрібнодисперснічастки. Як фільтруючий шар використовуються зернисті матеріали (пісок, гранітна абомармурова крихта, керамзит і ін.), тканини і нетканні полотна (бавовняні, вовняні, синтетичні, з азбесту, скловолокна й ін.), металеві сітки, перфоровані пластини, пориста кераміка.Для прискорення процесу фільтрування здійснюється під тиском абоза допомогою вакууму. Для витягунафтопродуктів, олій і інших емульгованихдомішок застосовуються фільтри з поліуретану. Ефективність видалення зважених і емульгованихдомішок методом фільтрування досягає 99% і більше.

У гідроциклонах і центрифугах поділ рідкої і твердої фаз виробляється під впливом відцентрових сил. Для видалення зважених речовин використовуються напірні гідроциклони (рис. 7). Для видалення домішок, що плавають,застосовуються відкриті гідроциклони. Гідроциклон являє собою металевий апарат, щоскладається з циліндричної і конічної частин. Діаметр циліндричноїчастини — від 100 до 700 мм, висота приблизно дорівнює діаметрові. Кутконусності складає10—20°. Усередині апаратазнаходяться направляючі напір водилопасті у виглядігвинтової спіралі. Подана під тиском рідина, рухаючи по спіралі до зливу, відокремлюється від зважених речовин. Частина рідиниз великимзмістом зважених речовин віддаляється з гідроциклона, а прояснена вода під дією вакууму, щоутворився, рухається нагору і виливається через верхній отвір. У відкритому (безнапірному) гідроциклоні видалення проясненої води відбуваєтьсячерез бічні отвори, а спливаючі домішки витягаються за допомогою сифона. Гідроциклони, у порівнянні з іншими апаратами для механічної очистки вод, відрізняютьсявисокою продуктивністю, компактністю, економічні у виготовленній експлуатації. Ефективність очищеннявід зважених і плаваючих (тобто легших) домішок складаєприблизно 70%.

А2 Б

А

Б


2






Рис. 5.7. Гідроциклони:

А — вертикальний напірний; Б — багатоярусний відкритий

1 — забруднена вода; 2 — очищена вода; 3 — осад (шлам); 4 — домішки, щоплавають, (нафтопродукти,олії)

Центрифугування є ефективним методом поділу суспензій і емульсій. Центрифуги виготовляються періодичної і безперервної дії з автоматичним вивантаженням осаду і проясненої рідини (фугата). При центрифугуванні досягається досить високий ступінь зневоднюванняосаду і виходить відносно чистий фугат. Центрифуги споживають велику кількість електроенергії, створюють високі шумові навантаження і небезпечні в експлуатації.

Фізико-хімічні методи очищення забезпечують видалення з води, як правило, розчинених речовин, що непіддаються або погано піддаються біологічномуочищенню, а також речовин, що можуть здійснити негативний вплив на колектори або інші елементи систем водовідведення.

Найбільш простим і розповсюдженим методом фізико-хімічного очищенняє нейтралізація, що полягає в підкисленні лужних вод (із рН>8,5) і під луженням вод із рН<6,5. При наявності на виробництві кислих і лужних вод нейтралізація досягається їхнім змішуванням. При відсутності однієї з категорій вод нейтралізація здійснюється шляхом добавки реагенту. Для нейтралізації кислих воднайкраще використовувати відходи лугів — гідроокису натрію або калію, що не дають осаду. При використанні гідроокису кальцію у вигляді вапняного молока утвориться шлам, який необхідно видаляти, знешкоджувати й утилізувати. Нейтралізація кислих вод досягається також фільтруванням їх через шар вапняку, доломіту, магнезиту, шлаку або золи.

Для нейтралізації лужних водвикористовується відпрацьована сірчана кислота. Високоефективним методом нейтралізації лужних вод є продувка через них газових викидів, що містять оксиди сірки, вуглецю,азоту й інші кислотоутворюючі окисли. У такий спосіб забезпечується одночасно ефективне очищення димових газів.

Реагентная обробка застосовується для очищення вод від ціанідів, роданідів, іонів важких металів і ряду інших домішок. Вид застосовуємого реагенту визначається складом домішок, що підлягають видаленню з води. Так, розкладання ціанідів досягається обробкою води рідким хлором або речовинами, що виділяють активний хлор ( хлорним вапном, гіпохлоридом кальцію або натрію).

Окислюванням вдається домогтися деструкції таких з'єднань, як альдегіди, феноли, анілінові барвники, сіркомістящі органічні речовини й ін. Як окислювачі застосовують кисень, озон, перекис водню, піролюзит. У процесі окислювання відбувається розкладання шкідливих домішок до простих окислів або утворення з'єднань, що піддаються біохімічному розкладанню.

Виділення з води іонів ртуті, хрому, кадмію, свинцю, нікелю, міді, миш'яку основано на переведенні їх з розчину в нерозчинний осад. З цією метою воду, що очищається, обробляють з'єднаннями натрію або кальцію - сульфітом, бісульфітом або сульфідом, карбонатами або гідроокисом. Шлам, що утвориться, видаляють, утилізують або складируют.

Одним з високоефективних методів очищення є іонний обмін, що являє собою процес взаємодії очищаємої рідини із зернистим матеріалом, що володіє здатністю заміняти іони, що знаходяться на поверхні зерен, на іони протилежного заряду, що утримуються в розчині. Такі матеріали називаються іонітами. Іонітними властивостями володіють природні мінерали — цеоліти, апатити, польові шпати, слюда, різні глини. Синтезовано велике число високоефективних іонітів, що володіють селективними властивостями. До них відносяться силікагелі, алюмогелі, пермутити, сульфовуглі і іонообменні смоли — синтетичні високомолекулярні органічні сполуки, вуглеводневі радикали. Іоніти не розчиняються у воді, володіють достатньою механічною міцністю, забезпечують можливість їхньої регенерації з одержанням цінних речовин, що витягаються з очищаємих вод. Існують іонообменні установки періодичної і безперервної дії (рис. 8). Установки періодичної дії працюють як фільтри з зернистим завантаженням у вигляді гранул іонітів. При насиченні поверхні гранул іонами речовини, що витягаються з води, здійснюється їхня регенерація слабким розчином (2—8%) лугу або кислоти. В установках безперервної дії гранули іонітів і рідина, що очищається, рухаються противотоком, постійно перемішуючись. У процесі роботи частина гранул подаються на регенерацію і заміняються новими. Завдяки високій механічній міцності і здатності до регенерації гранули іонітів мають досить тривалий термін служби. Іонний обмін є, власне кажучи, універсальним методом очищення вод. Для витягу практично будь-якої речовини з води можна підібрати відповідний іоніт або групу іонітів. Ефективність іонообменноого очищення досягає 95—99%.

Рис. 8. Установки іонообменного очищення:


4

А

5

Б)

А)

— періодичної дії; Б — безперервної дії

1 — забруднена вода; 2 — гранули іоніту; 3 — розчин для регенерації іоніту; 4 — очищена вода; 5 — добавкаіоніту



Іншим універсальним і високоефективним методом очищення вод є сорбція. Сорбція застосовується переважно для очищення стічних вод, що містять високотоксичні речовини, що непіддаються біохімічному окислюванню.Метод сорбційного очищення заснований на адгезії (прилипанні) розчинених речовин поверхнею і порами сорбенту— речовини, що володіє розгалуженою зовнішньою і внутрішньою (пори) поверхнею. Найкращим сорбентом є активоване вугілля. Сорбційними властивостями володіють золи, шлаки, стружка, коксова крихта, торф, керамзит і ін.Конструкції установок сорбційного очищення аналогічні іонообмінним (рис 9). Висока ефективність очищення досягається в установках із псевдозжиженим ("киплячим") шаром, коли в порожню вертикальну колону знизу під тиском подається вода, що очищається, через шар сорбенту, який знаходиться в зваженому стані. Відпрацьований сорбент заміняється новим або регенерується. При підтримці сорбенту в "киплячому" шарі, коли досягаються найкращі умови контакту його зовнішньої і внутрішньої поверхні з рідиною, що очищається, ефективність очищення досягає 99%. Якщо псевдозжижений шар злежується, ефективність очищення різко знижується.

А)

Б)

1

3



Рис. 9. Установки сорбційного очищення:

А — одноярусна; Б — триярусна

1 — забруднена вода; 2 — сорбент; 3 — очищена вода; 4 — відпрацьований сорбент; 5 — чистий сорбент; 6 — решітка

Флотаційне очищення застосовується для видалення з води поверхнево-активнихречовин (ПАР), нафтопродуктів, жирів, смол і ін. Процес флотації полягає в сорції домішок, що утримуються у воді, поверхнею пузирьками повітря, що нагнітається в очищаємі води. У практиці очищення вод використовуються напірні, безнапірні, вакуумні і электро-флотаційні установки.Найбільше поширення одержали напірніустановки (рис 5.10). У таких установках вода спочатку насичується повітрям під тиском, а потім подається у відкритий резервуар, де відбувається виділення пузирків і сорбуванні ними домішок, що утримуються у воді. Іноді стиснене повітря подається в нижній шар рідини, що знаходиться в резервуарі (флотаторі). Для підвищення ефективності очищення повітря подається через пористі (фільтросні) пластини. При вакуумній флотації у флотаторі створюється розрядження, що сприяє утворенню пузирьків повітря. Для безнапірної флотації використовуються ерліфтні установки, що дозволяють істотно (у 2—4 рази) знизити витрати електроенергії на флотаційне очищення. Підвищенню ефективності очищення вод при флотації сприяє наявність синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР). Утворена ними густа стійка піна підвищує ступінь витягу з води емульгованих і диспергованих домішок. При флотації одночасно досягається дегазація вод, що очищаються, і насичення їх киснем.

Рис. 5.10. Установки флотаційного очищення:

1 — забруднена вода; 2 — стиснене повітря; 3 — газгольдер; 4 — флотатор; 5 — очищена вода; 6 — пінний шлам

При електрофлотації утворення пузирьків газу відбувається внаслідок електролізу води. На аноді виділяється кисень, на катоді — водень. Однак цей метод очищення через великі витрати електроенергії і росту її вартості практично не використовують. По цих же причинах усе рідше застосовують раніше широко розповсюджені електрохімічні методи очищеннявод: анодне окислювання і катодне відновлення, електрокоагуляція, електродіаліз. Електрохімічні методи очищення засновані на пропущенніпостійного електричного струму через рідину, що очищається. Кисень, що виділяється на аноді, окисляє органічні домішки. Як аноди використовують електролітичні матеріали, що нерозкладаються: графіт, магнетит, діоксиди свинцю, марганцю або рутенію, що наносяться на титанову основу. На катодах відбувається виділення водню й осідання іонів металівз утворенням нерозчинних гідроксидів. Катоди виготовляють зі сталіабо алюмінію. У процесі електролізу катіони катодів, взаємодіючи з гідроксидними групами, утворять гідроокиси у вигляді хлоп’їв. Цей процес називається електрокоагуляціею.

Однієї з різновидів електрохімічної очистки є електродіаліз, який оснований на поділі іонізованих речовин, що знаходяться в розчині, по відсіках, відгородженим проникливимимембранами (рис. 3.11).Високий ефект досягається при використанні мембран з іонітів. Електродіаліз є ефективним методом опріснення вод, зокрема морської води для наступного використання її в питному водопостачанні. Установки опріснення морської води успішно використовують в Ізраїлі, інших країнах Близького Сходу. З 1973 р. у Казахстані, на півострові Мангишлак у Каспійському море, експлуатується одна з найбільших у світі установок по опрісненню морської води. Енергією її забезпечує побудована тут АЕС. Електрохімічні методи відрізняються універсальністю, забезпечують високу ефективність очищення, добре піддаються автоматизації. Однак їхнім недоліком, як ужевідзначалося, євелика витрата електроенергії.





H2SO4

Рис. 3.16. Принцип роботи установки електродіаліза зі звичайною пористою мембраною

Інші фізико-хімічні методи очищення вод мають обмежене застосування.

Екстракція — видалення зі стічних вод розчинених або емульгованих речовин за допомогою екстрагенту — розчинника більш сильного, ніж вода. Наприклад, очищення стічних вод від нафтопродуктів шляхом розчинення їх бензином з наступним його відгоном.

Евапорація — відгін з води летучих речовин водяною парою.

Гіперфільтрація (зворотний осмос), мікрофільтрація — виділення з води гідратованих іонів, молекул і інших дрібних часток шляхом пропущення її під великим тиском через мембрани, розміри отворів яких менше розмірів часток, що витягаються з води. Наприклад, зворотний осмос використовується для знесолення води.

При наявності на виробництві надлишків тепла, наприклад, гарячих димових газів, можна організувати випарювання або випаровування стічних вод. При цьому варто застосовувати заходи по охороні атмосферного повітря від шкідливих речовин, що випаровуються, таких як бенз(а)пірен і ін.

Випаровування стічних вод може відбуватися й у природних умовах у накопичувачах-випарниках, що представляють собою земляні споруди, іноді гігантських розмірів — висотою в кілька десятків метрів, діаметром кілька кілометрів.

2.5. Умови прийому виробничих стічних вод у міську систему водовідведення

Виробничі стічні води, як правило, проходять очищення на самому підприємстві і надалі можуть бути використані цим же підприємством, передані для використання іншому підприємству, скинуті у водний об'єкт або по системі водовідведення спрямовані на загальміські очисні споруди. Необхідний ступінь очищення міських стічних вод визначається умовами скидання стічних вод у водні об'єкти. Однак очисні можливості загальміських очисних споруд, основною ланкою яких є комплекс біологічного очищення, досить обмежені. На спорудах біологічного очищення зі стічних вод практично не видаляються іони важких металів, не піддаються деструкції штучно синтезовані органічні речовини. Тому в складі виробничих стічних вод, що подаються на загальміські очисні споруди, вміст речовин, що непіддаються або погано піддаються біохімічному окислюванню, повинен бути обмеженим або вони повинен бути зовсім відсутнім.

Активний мул, що представляє собою певним чином сукупність мікроорганізмів, і який є головним "робочим” інструментом біологічного очищення, може бути знищений або значною мірою пошкоджений під впливом кислот, лугів, токсичних речовин або високої температури. Тому виробничі стічні води, що подаються на біологічне очищення не повинні згубно впливати на активний іл.Крім того, стічні води, що подаються в систему водовідведення, не повинні викликати руйнування і засмічення каналізаційних колекторів.

Виходячи з цього, забороняється скидати в міські системи водовідведення виробничі стічні води,що:

Скидання стічних вод промислових підприємств у міську систему водовідведення повинен здійснюватися рівномірно протягом доби. Залпові скидання не допускаються.

Загалом, у міські системи водовідведення забороняється скидати такі речовини:

' •кислоти, луги, розчинники, смоли, бензин, мазут і інші нафтопродукти;

• горючі домішки і розчинені газоподібні речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні суміші, агресивні гази з корозійним впливом на каналізаційні мережі і споруди.

Скидання стічних вод у водні об'єкти після очищення на загальміських очисних спорудах регламентується нормативами гранично припустимих скидів забруднюючих речовин (ГДС). З огляду на обмежені очисні можливості загальміських очисних споруд, управління по експлуатації цих споруд установлює для своїх абонентів-підприємств, що скидають стічні води в міську систему каналізації, ліміти прийому по кількості і складові промстоков. Ліміти встановлюються таким чином, щоб забезпечити нормативні умови скидання очищених на загальміських споруди стічних вод у водний об'єкт. Для дотримання встановлених кожному підприємству лімітів здійснюється локальне очищення виробничих стічних вод, як правило, на самому підприємстві. Іноді кілька підприємств організують спільне очищення своїх стічних вод.

2.6. Умови скидання стічних вод у водні об'єкти (загальні)

Скидання стічних вод у водні об'єкти відноситься до одного з видів спеціального водокористування і здійснюється на основі дозволу, видаваного місцевими органами екологічної безпеки. Відведення стічних вод у водні об'єкти регламентується нормами гранично припустимих скидів речовин (ГДС). ГДС — це максимально допустима маса речовини, що відводиться зі стічними водами в одиницю часу, яка дозволяє забезпечити дотримання норм якості води в контрольному створі водного об'єкту для найгірших умов водокористування. ГДС установлюється для кожного випуску стічних вод у водний об'єкт. ГДС для кожного показника якості водивизначається як добуток максимальної годинної витрати стічних вод на його гранично припустиме значення:

ГДС=Qст·Сгдс

де Сгдс - гранично припустиме значення показника, г/м3; Qст— максимальна часова витрата стічних вод, м3/годину.

Розрахунок Сгдс базується на наступних методологічних положеннях:

1) Сгдсрозраховується для найгірших умов водокористування. Вони характеризуються наступними параметрами:

— розрахункова витрата водотоку відповідає максимальній середньомісячній витраті року 95% водної забезпеченості для незарегульованних водотоків або мінімальній гарантованій витраті че­рез греблю для зарегульованих;

—значення показника у фоновому створі (фонова концентрація) визначається розрахунковим шляхом як статистично обґрунтована верхня границя можливих середніх значень;

—норми якості води в контрольному створі повинні дотримуватися в найбільш забрудненій частині потоку;

2) у відповідності до «Правил охорони поверхневих вод від забруднення поворотними водами» (1999) ГДС устанавлюються для визначення необхідного ступеня очищення стічних вод, що скидаються у водні об'єкти за умови дотримання нормативів екологічної безпеки водокористування;

3) якщо фонова концентрація за якими-небудь показниками не відповідає нормам якості води, те Сгдс повинно бути забезпечене безпосередньо в стічній воді;

4) розрахункова величина Сгдсне повинна перевищувати фактично досягну­ту (проектну) величину концентрації;

5) випуск стічних вод у межах території населеного пункту допускається у виняткових випадках, у цьому випадку екологічні норми якості води повинні дотримуватися в самих стічних водах;

6) відповідно до Правил (1999) для міських стічних вод, які пройшли повне біологічне очищення, установлені наступні Сгдс: БПК5 — не більше 15 г/м3, ХПК — не більш 80 г/м3, зважених речовин — не більше 15 г/м3; скидання інших забруднюючих речовин нормується виходячи з умов дотримання досягнутої категорії якості води водного об'єкта;

7) якщо скидання стічних вод відбувається в межах риси населеного пункту, але здійснюється через ефективний випуск, що розсіює, то ГДС повинен забезпечити дотримання норм якості води в зоні початкового розбавления розсіючого випуску;

8) якщо природна якість водного об'єкта (природний фон) по­ окремим показниках перевищує ГДК, то величини ГДС повинні забезпечувати збереження фонового стану водного об'єкта.

Вихідними даними для розрахунку ГДС є: тип водного об'єкта — приймача стічних вод; розрахункове значення фонової концентрації; кратності розведення стічних вод, що відповідають найгіршим гідрологічним умовам; тип випуску стічних вод; місце розташування випуску; фактичні (проектні) значення концентрації в стічній воді; затверджена максимальна годинна витрата стічних вод.

Як приклад розглянемо методику розрахунку СГДС для зосередженого випуску промислового підприємства, розташованого в межах населеного пункту. Скидання стічних вод здійснюється у водотік.

Відповідно до методичного положення 5) норми якості води повинні дотримуватися в самій стічній воді. Відповідно до методичного положення 2) ці норми повинні відповідати вимогам екологічної безпеки комунально-побутового водокористування. Згідно з цими нормами в стічній воді повинні виконуватися наступні умови:

а) величина БПКповн, ХПК, мінералізації і концентрації для речовин 3 і 4 класів небезпеки повинні відповідати нормативним значенням, приведеним у «Загальних вимогах до якості поверхневих вод» (ЗВ) і в переліку гранично припустимих концентрацій речовин, приведеному в «Санітарних правилах і нормах охорони поверхневих вод від забруднення» (СанПіН 4630-88), тобто СГДСрозр= ЗВ або СГДСрозр= ГДК, де СГДСрозр - розрахункова концентрація, установлена для ГДС.

Відповідно до методичного положення 4) величина Сгдс не повинна перевищувати фактично досягнуту (проектну) концентрацію (Сст) нормованої речовини в стічних водах, що скидаються:

СГДС≤Сст (5.1)

Виходячи з цього, можна записати:

СГДС = min[ГДК(ЗВ), Ссті];

б) для речовин 1 і 2 класів небезпеки норми якості будуть дотримані в самій стічній воді, якщо виконується співвідношення:

(5.2)

Очевидно, що для кожної речовини СГДСскладає частку свого ГДК, тобто:

СГДКі·ГДКі, (5.3)

де Кі< 1.

Обмеження (5.1) може бути приведене до вигляду:

(5.4)

З (5.2) випливає,що

, (5.5)

якщо ця умова не суперечить співвідношенню (5.4)

Таким чином, значення Сгдсвизначаються співвідношенням (5.3), у якому значення Кі повинні задовольняти обмеженням (5.4) і (5.5). З урахуванням цих обмежень величини Кіповинні підбиратися таким чином, щоб досягнення норм ГДС вимагало мінімальних витрат.

3. Поверхневий стік з міської території і територій промислових підприємств

Поверхневий стік з територій міст і промислових площадокє істотним джерелом забруднення і засмічення водних об'єктів. Установлено, що в урбанізованих зонах з розвинутим агропромисловим сектором з поверхневим стоком у водні об'єкти надходить більше 80% забруднюючих речовин. Контроль за відведенням забрудненого поверхневого стоку регламентується Державним стандартом України ДСТУ 3013—95 "Правила контролю за відведенням дощових і снігових стічних вод з територій міст і промисловихпідприємств".

Поверхневий стік містить у собі дощові, снігові і поливомоєчні стічні води. Він буває організованим і неорганізованим. Організованийповерхневий стік збирається з водозбірної території за допомогою спеціальних лотків і каналів і надходить у мережі каналізації або прямо у водний об'єкт через випуски ливневих вод. Неорганізований поверхневий стік стікає у водний об'єкт по рельєфу місцевості.

Основними джерелами забруднення поверхневого стоку на міських територіях є:

Найбільш високий рівень забруднення поверхневого стоку спостерігається на територіях великих торгових центрів, автомагістралях з інтенсивним рухом транспорту, територіях промислових і автотранспортнихпідприємств, неупорядкованих будівельних майданчиках.

Формування поверхневого стоку відбувається під впливом комплексуприродних (атмосферні опади, випар, фільтрація, затримка вологи рослинами) і антропогенних (використання водозбірної території, застосування штучних покрить, технологія мийки штучних покрить) факторів. Специфічні особливості поверхневого стоку, пов'язані з епізодичністю його надходження, різкими змінами витрати і рівня забруднення, мінливістю складу забруднюючих речовин, значно ускладнюють контроль і регламентацію поступання його в міські системи водовідведення або у водні об'єкти.

Контроль складу поверхневого стоку здійснюють шляхом аналізу проб, що відбирають з дощової або промислово-дощової мережі. Відбір проб роблять порціонно. Для одержання детальної інформації про склад поверхневого стоку проводиться аналіз кожної відібраної проби. Для дощових вод інтервал між відбором проб на початку дощу дорівнює 5—10 хв., а в наступний період 20—30 хв. Орієнтованідані про склад дощових вод одержують шляхом аналізу усередненоїза період дощу проби. Для снігових вод проби відбирають у дні сніготанення між 12 і 14 годинами з інтервалом у 30 хв. Результати контролю використовують для оцінки виносу забруднюючих речовин з поверхневим стоком.

Оцінку виносу речовин з поверхневим стоком роблять на основі орієнтованих даних про склад і кількість поверхневого стоку. Для організованого поверхневого стоку використовують дані вимірів витрати скидаємих вод і результати аналізу проб. Для неорганізованого поверхневого стоку, а також при неможливості організувати необхідні виміри витрату поверхневого стоку визначають розрахунковим шляхом, а концентрації речовин у поверхневому стоці приймають на підставі узагальненої кількісної характеристики кожної складової поверхневого стоку.

Орієнтовані узагальнені дані про склад поверхневого стоку з міських територій приведені в таблиці

Таблиця Усереднені показники складу поверхневого стоку з території міста

Показник

Концентрація стічних вод, г/м3



дощові води

снігові води

поливомоєчні води

Зважені речовини Мінеральний склад ХПК

БПК5 Нафтопродукти

1000 - 2000

300

400 - 600

50 - 100

10- 15

2000 – 4000

-

750 - 1500

100 - 300

30-40

3000 - 5000

-

-

200 (БПКповн)

-

Склад поверхневого стоку з території промислових підприємств визначається характером основних технологічних процесів, ефективністю роботи систем пило- і газовловлення, організацією складування і транспортування сировини і відходів виробництва, санітарним станом території. Для забезпечення нормального виробничого процесу на території промислових підприємств повинні організовуватися своєчасне збирання і вивіз снігу.Основним видом поверхневого стоку в цьому випадку є дощові стічні води. У залежності від складу накопичующихся на території промплощадок і змиваємих поверхневим стоком речовин промислові підприємства поділяють на дві групи. До першої групи відносять підприємства, поверхневий стік з території яких не містить специфічних речовин з токсичними властивостями і близький по своєму складі до дощового стоку з районів житлової забудови. До цієї групи відносять підприємства енергетичноїгалузі, чорної металургії (крім коксохімічних виробництв), машинобудування, металообробні і нафтопереробні заводи, приладобудівні заводи, підприємства легких, харчових, електротехнічних галузей промисловості. Інші підприємства відносяться до другої групи і характеризуються наявністю в поверхневому стоці зі своєї території великої кількості органічних домішок і специфічних речовин. У поверхневому стоці з території підприємств другої групи містятьсятакож специфічні токсичні речовини, такі як важкі метали, феноли, фтор, миш'як, роданіди, аміак і інші. Наявність специфічних речовин визначається технологією виробництва.

Для того щоб визначити кількість речовин, що надходять у водний об'єкт із поверхневим стоком, необхідно знати його склад і витрату. Кількість дощових і снігових вод залежить від кількості атмосферних опадів, що випали, і характеристик водозбірної території. Обсяг поливомоєчних вод визначається прийнятою технологією мийки і площею оброблюваних покриттів. Не всі атмосферні опади, що випали, і води, що утворяться після мийки площ, вулиць і автодоріг, попадають у водний об'єкт. Частина атмосферних опадів перехоплюється верхніми ярусами рослинного покриву і не досягає поверхні землі. Опади і поливомоєчні води, що потрапили на водозбірну площу, стікають по схилі місцевості у водний об'єкт, на шляху вони затримуються в нерівностях рельєфу, випаровуються, просочуються в ґрунт і ґрунтові води. Остання частина поверхневих стічних вод, що залишилися, складає загальний слой (шар) поверхневого стоку. Для обліку втрат поверхневихстічних вод на водозбірній площі використовується поняття коефіцієнтастоку (ψ). Цей коефіцієнт чисельно дорівнює відношенню кількості води, що стікає з поверхневим стоком у водний об'єкт з одиниці площі в одиницю часу, до кількості потрапивших на одиницю площі в одиницю часу опадів і поливомойних вод. Величина коефіцієнта стоку для поливомойних стічних вод приймається рівною ψ = 0,6. Для дощових і снігових стічних вод ця величина залежить від характеристик поверхнесті водозбірної території. Значення коефіцієнтів стоку для основних типів поверхні приведені в табл.

Значения коефіциєнтів стоку

Вид водозбірної поверхні



Величина коэфіцієнту стока

дощовий стік

сніговий стік

Забудованя території

Незабудованя території

Парки, гравійні покриття Водонепроникливі поверхні Грунтові поверхні

Газони, зелені насаждення

0,6

0,3

0,3

0,6-0,8 0,2

0,1

0,6

0,6

0,6 0,91-0,95

0,6

0,2

Приорієнтовнихрозрахункахкількостіповерхневогостокузтериторіїневеликихмістабоселищвеличинакоефіцієнтастокудлядощовихісніговихводможеприйматисявмежах0,3-0,4і0,5-0,7відповідно.

Об'єм дощових або снігових вод за рік розраховується по формулі:

, м3/рік

деψ-коефіцієнтстокудощовихабосніговихвод;F-площаводозбірноїтериторії,га;Н-шаропадівзатеплийабохолоднийперіодрокувідповідно,мм.

Об'ємполивомоєчнихстічнихводвизначаєтьсяпоформулі:

, м3/рік

де m- витрата води на миття одиниці площі, л/м2; k- кількість миття у році; Ft- площа оброблюваних покриттів, га; ψ - коефіцієнт стоку поливомоєчних стічних вод.

Значення всіх параметрів, що входять в цю формулу, визначаються відповідно до наступних нормативів:

Якщонаводозбірнійтериторіїрозташованівеликіпаркиабоділянкилісовихмасивів,виявляєтьсяефектзатриманнячастиниатмосфернихопадіврослиннимпокривом.Вцьомувипадкуоб'ємповерхневогостокузменшується.Шарвипавшихатмосфернихопадівкоректуєтьсянавеличинузатриманихопадівзурахуваннямспіввідношенняплощ,зайнятихрізнимивидамидерев,івсієїводозбірноїплощі(вводятьсяпоправки).

Загальнийоб'ємповерхневогостокузводозбірноїтериторіїзаріквизначаєтьсяяксумаскладових:

W=Wд+Wc+Wпм

Wд,Wc,Wпм-об'ємидощових,сніговихіполивомоєчнихстічнихводвідповідно.

Сумарне значення річного винесення речовин з поверхневим стоком розраховується як

G=Wд*Cд+Wc*Cc+Wпмпм

деСдсіСпм-концентраціїречовинвдощових,сніговихіполивомоєчнихстічнихводахвідповідно,г/м3.


4.Процесиформуванняякостіповерхневихвод

Якістьводиєнаслідкомдвохосновнихпроцесів-надходженняречовиніззовнішніхповідношеннюдоданоговодногооб'єктуджерелівнутріводоймовихзмін,щовідбуваютьсязречовинамиунаслідокфункціонуванняводнихекосистем.Оскількиекосистема-цеєдинийприроднийкомплекс,утворенийживимиорганізмамиісередовищемїхіснування,живіінеживійогокомпонентизв'язаніобміномречовиниіенергії.Такимчином,уводнійекосистеміспільнофункціонуютьбіотичнасукупністьінеживаприрода,причомунеживаприродаєджереломречовиніенергії,необхіднихдляіснуваннябіоти.Потрапляючиуводнийоб'єкт,речовинистаютьелементамиводнихекосистемівключаютьсявосновніпроцеси,щовідбуваютьсявних.Першзавсе,цепроцеситрансформаціїречовини.Трансформаціяречовиниможездійснюватисяфізичним,хімічнимібіологічнимшляхом.Поступаючіуводніоб'єктиречовинивносятьзмінивїхгазовийісольовийрежими,щоможепривестидопорушеннярівновагиекосистем.Врезультатіпроцесівтрансформаціїречовин,щопоступили,уводномуоб'єктіможевідбуватисявідновленняйогопервинногостануабоздійснюватисяперехідвіншийстійкийстан.Процеси,врезультатіякихвідновлюєтьсяфоновийстанводногооб'єкту,називаютьсяпроцесамисамоочищення.Самоочищення-цепершийзпроцесів,щоформуютьякістьводиуводномуоб'єкті.Основнимпостачальникомречовиниіенергіїєводнамаса.Другимпроцесом,щовпливаєнаформуванняякостіводи,єперенесенняречовиниіенергіїводнимпотоком.Черезвластивіводномупотокуфізичніособливостівньомувідбуваєтьсябезперервнийперерозподілречовиниіенергії,обумовленийпроцесамиперемішування.Процесформуванняякостіводиуводномуоб'єктіможнапредставититакимчином:

  1. розчинені і зважені речовини поступають у водний об'єкт із зосереджених або дифузійних джерел;

  2. під впливом гідравлічних чинників (перенесення і перемішування) відбувається кількісний перерозподіл речовин у водному потоці;

  3. під впливом фізичних, хімічних і біологічних чинників відбувається якісна трансформація речовин.

Відзначимо,щоздатністьпіддаватисяякіснійзмінівластиваневсімречовинам.Речовини,якінесхильнідопроцесівхіміко-біологічноїтрансформації,одержалинайменуванняконсервативних,апротилежніїмповластивостяхречовининазиваютьнеконсервативними.Кількісноюхарактеристикоюздатностіречовинпіддаватисяхіміко-біологічнійтрансформаціїєкоефіцієнтнеконсервативності(к),який,завизначенням,євеличиною,пропорційноюшвидкостізміниконцентраціїречовини.Залежновідйоговеличинивсінеконсервативніречовиниділятьсянам'якіречовини(к>0,13 1/сут.),щолегкоокисляютьсябіологічно,жорсткіречовини(к<0,0251/сут.),щоважкоокисляютьсябіологічно,іпроміжніречовини(0,025≤к≤0,131/сут.).Величинакоефіцієнтанеконсервативностізалежитьвідвластивостейречовини,гідродинамічниххарактеристикпотокуіумовзовнішньогосередовища.

Гідравлічні процеси формування якості води

Уводотокахістотнурольуформуванніякостіводивиконуєконвективнеперенесення.Дляводоймищцейпроцесхарактернийтількизанаявностіяскравовираженихстічнихтечій(водосховища,проточніозера).Вцьомувипадкухідвнутріводойомнихпроцесівбагатовчомувизначаєтьсяступенемпроточностіводоймища.Кількісноюхарактеристикоюступеняпроточностієчасводообміну,тобтоперіод,заякийвідбуваєтьсяповназамінаводиводоймищаводамипритоків.Найчастішевінженернійпрактицівикористовуєтьсяпоняттяумовногочасуводообміну:

Тумов=W/Qвит

деW-об'ємводоймища,м3;Qвит-витратавитікаючоїзводоймищаводи,м3/год.

Умовнийчасводообмінувизначаєперіодводообмінузавідсутностізмішуванняводпритокузводоюводоймища.Уреальнихумовахвпроточнихводоймищахвідбуваєтьсянетількивитісненняводи,алеічасткове(абоповне)перемішуванняводпритокузводоюводоймищ,томуреальнийчасводообмінубільше,ніжумовний.

Реальніводотокиєбезнапірнимитурбулентнимипотоками,рухводивякихвсталихумовахмаєнерівномірнийхарактер.Протерозрахунковізалежностідлянерівномірнихпотоківдостатньоскладніінезручнівпрактичномувикористовуванні.Томувінженерно-екологічнихрозрахункахприймають,щонаокремихділянкахводотоківрухводимаєрівномірнийхарактер.

Складнішоюзадачеюєоблікефектутурбулентності.Відмінноюрисоютурбулентногорежимутечійєпульсаціяшвидкостей,тобтобезперервнаїхзмінавкожнійкрапціпотокуповеличиніінапряму.Основнимиджереламивиникненнятурбулентностієзонирозривушвидкостей,тобтотакіобласті,деспостерігаєтьсярізкийстрибокшвидкостейміжприлеглимишарамирідини.Пульсаційнийрухобумовлюєобмінміжсусіднімишарамирідини.Цейпроцесодержавназвутурбулентногоперемішування.Турбулентнеперемішуваннязавждинаправлененавирівнюванняконцентраційаботемператур.Оскількицейпроцеспосвоємурезультатуаналогічнийпроцесумолекулярноїдифузії,тетурбулентнеперемішуванняназиваютьтакожтурбулентноюдифузією.Відмолекулярноїдифузіїцейпроцесвідрізняєтьсяприродою(джереломолекулярноїдифузії-тепловийрухмолекул,атурбулентної-пульсаціяшвидкостей)імасштабом.

Турбулентнадифузіяприводитьдоперемішуваннязабрудненихпотоківрідиниізсуміжними,чистішими.Результатомцьогопроцесуєрозбавленнястічнихводосновнимпотоком.Розбавленнядієоднаковоякнаконсервативні,такінанеконсервативніречовини.Інтенсивністьіхарактерперемішуваннястічнихводзводоюводнихоб'єктівзалежитьвідгідравлічниххарактеристикводногооб'єкту,кількостііспособунадходженнястічнихвод.Спосібнадходженнястічнихводвизначаєтьсятипомвипуску.

Найменшефективнимизпоглядурозбавленняєбереговівипуски.Більшефективнірусловівипуски(далівідберега).Вонипредставляютьсобоютрубопроводи,щовиводятьсябезпосередньоврусловмісцяхнайінтенсивнішоїтечії.Найефективнішимтипомрусловоговипускуєрозсіюючийвипуск(труборозподілювач),щомаєдекількавипусків,розташованихуздовжтруби.

Длякількісноїоцінкипроцесурозбавленнявикористовуютьрізніметоди.ДочиславживаютьсявідносятьсяметодФролова-Родзіллера-дляводотоків,методРуффеля-дляводоймищіметодКараушева,щомаютьуніверсальнийхарактер.

МетодФролова-Родзіллерадаєможливістьвизначитиконцентраціюречовинивмаксимальнозабрудненомупотоціназаданійвідстанівідвипускустічнихводпоформулі:

деСмах-концентраціяречовинивмаксимальнозабрудненомупотоці,г/м3;Сф-концентраціяречовиниуводівищазавипускстічнихвод(фоноваконцентрація),г/м3;Сст-концентраціяречовинивстічнійводі,г/м3;n-кратністьрозбавленнястічнихводназаданійвідстанівідвипуску.

Кратністьрозбавлення стічних вод визначається як добуток основного і початкового розбавлення:

п = п0*пн

де n- кратність розбавлення, nо- кратність основного розбавлення, nн- кратність початкового розбавлення.

Метод Руффеля використовуєтьсядляоцінкирозбавленнястічнихвод,щоскидаютьсячерезпоглибленізосередженівипускиуводоймищазпереважаючоювітровоютечією.МетодКараушевабазуєтьсянарівняннітурбулентноїдифузії.Віндозволяєодержатипросторовукартинурозподілуконцентраціїдлябудь-якихтипівводнихоб'єктів. Самоочищенняводнихоб'єктів

Міжкомпонентамиводноїекосистемивпроцесіїїфункціонуваннябезперервновідбуваєтьсяобмінречовиноюіенергією.Цейобмінноситьциклічнийхарактеррізногоступенязамкнутості,супроводжуючисьтрансформацієюречовинипідвпливомфізичних,хімічнихібіологічнихчинників.Входітрансформаціїможевідбуватисяпоступоверозкладанняскладнихречовиндопростих,апростіречовиниможутьсинтезуватисявскладні.Залежновідінтенсивностізовнішньоїдіїнаводнуекосистемуіхарактерупротіканняпроцесіввідбуваєтьсяабовідновленняводноїекосистемидофоновихстанів(самоочищення),абоводнаекосистемапереходитьдоіншогостійкогостану,якийхарактеризуватиметьсявжеіншимикількіснимиіякіснимипоказникамибіотичнихіабіотичнихкомпонент.Увипадку,якщозовнішнядіяперевищитьсаморегулюючіможливостіводноїекосистеми,можевідбутисяїїруйнування.Самоочищенняводнихекосистемєнаслідкомздатностідосаморегулювання.Надходженняречовиніззовнішніхджерелєдія,якійводнаекосистемаздатнапротистоятивпевнихмежахзадопомогоювнутрішньосистемнихмеханізмів.Уекологічномузначеннісамоочищенняєнаслідкомпроцесіввключенняпоступившихречовинвбіохімічнікругообігизучастюбіотиічинниківнеживоїприроди.Кругообігбудь-якогоелементускладаєтьсяздвохосновнихфондів-резервного,утвореноговеликоюмасою(поволізмінюючогокомпонент),іобмінного(циркуляційного),якийхарактеризуєтьсяшвидкимобміномміжорганізмамиісередовищемїхіснування.Всібіохімічнікругообігиможнарозділитинадваосновнітипи-зрезервнимфондомватмосфері(наприклад,азот)ізрезервнимфондомвземнійкорі(наприклад,фосфор).

Самоочищення природних вод здійснюється завдяки залученню поступаючих із зовнішніх джерел речовин в процеси трансформації, що безперервно відбуваються, в результаті яких речовини, що поступили, повертаються до свого резервного фонду.

Трансформаціяречовинєрезультатрізниходночаснодіючихпроцесів,середякихможнавиділитифізичні,хімічніібіологічнімеханізми.Величинавнескукожногозмеханізмівзалежитьвідвластивостейдомішокіособливостейконкретноїекосистеми.

Фізичнімеханізмисамоочищення.Газообміннамежірозділу"атмосфера-вода".Завдякицьомупроцесу,здійснюєтьсяпоступанняуводнийоб'єктречовин,щомаютьрезервнийфондватмосфері,іповерненняцихречовинзводногооб'єктудорезервногофонду.Однимзважливихокремихвипадківгазообмінуєпроцесатмосферноїреаерації,завдякиякомувідбуваєтьсянадходженняуводнийоб'єктзначноїчастиникисню.ІнтенсивністьінапрямгазообмінувизначаютьсявідхиленнямконцентраціїгазууводівідконцентраціїнасиченняСs.Величинаконцентраціїнасиченнязалежитьвідприродиречовиниіфізичнихумовуводномуоб'єкті-температуриітиску.ПриконцентраціяхбільшихСs,газвипаровуєтьсяватмосферу,априконцентраціях,меншихСs,газпоглинаєтьсяводноюмасою.

Сорбція-поглинаннядомішокзваженимиречовинами,доннимивідкладеннямиіповерхнямитілгідробіонтів.Найбільшесорбуютьколоїднічастинкиіорганічніречовини,щознаходятьсявнедисоційованомумолекулярномустані.Уосновіпроцесулежитьявищеадсорбції.Швидкістьнакопиченняречовиниводиницімасисорбентупропорційнайогоненасиченостіподанійречовинііконцентраціїречовиниуводііоберненопропорційнавмістуречовинивсорбенті.Прикладаминормованихречовин,схильнихдосорбції,єважкіметалиіСПАР.

Осадженняізмутнення.Водніоб'єктизавждимістятьдеякукількістьзваженихречовиннеорганічногоіорганічногопоходження.Осадженняхарактеризуєтьсяздатністюзваженихчастиноквипадатинаднопіддієюсилитяжіння.Процеспереходучастинокіздоннихвідкладеньвзваженийстанназиваєтьсязмутненням.Вінвідбуваєтьсяпіддієювертикальноїшвидкостітурбулентногопотоку.

Хімічнімеханізмисамоочищення.Фотоліз-перетвореннямолекулречовинипіддієюпоглинаючогонимисвітла.Окремимивипадкамифотолізаєфотохімічнадисоціація-розпадчастинокнадекількапростішихіфотоіонізація-перетвореннямолекулвіони.Іззагальноїкількостісонячноїрадіаціїпорядка1%використовуєтьсяуфотосинтезі,від5%до30%відображаєтьсяводноюповерхнею.Основнажчастинасонячноїенергіїперетворитьсявтеплоібереучастьуфотохімічнихреакціях.Найдієвішоючастиноюсонячногосвітуєультрафіолетовевипромінювання.Ультрафіолетовевипромінюванняпоглинаєтьсявшаріводізавтовшкипорядка10см,протезавдякитурбулентномуперемішуваннюможепроникатиівглибшішариводнихоб'єктів.Кількістьречовини,щопіддаласядіїфотоліза,залежитьвідвидуречовиниійогоконцентраціїуводі.Зречовин,щопоступаютьуводніоб'єкти,відносношвидкомуфотохімічномурозкладаннюпіддаютьсягумусніречовини.

Гідроліз-реакціяіонногообмінуміжрізнимиречовинамиіводою.Гідролізєоднимзпровіднихчинниківхімічногоперетворенняречовинуводнихоб'єктах.Кількісноюхарактеристикоюцьогопроцесуєступіньгідролізу,підякоюрозуміютьвідношеннягидролізованоїчастинимолекулдозагальноїконцентраціїсолі.Длябільшостісолейвонаскладаєдекількавідсотківіпідвищуєтьсяіззбільшеннямрозбавленняітемпературиводи.Догідролізусхильнііорганічніречовини.Прицьомугідролітичнерозщеплюваннянайчастішевідбуваєтьсяпозв'язкуатомавуглецюзіншимиатомами.

Біохімічнесамоочищенняєслідствомтрансформаціїречовин,здійснюваноїгідробіонтами.Якправило,біохімічнімеханізмивносятьосновнийвнесоквпроцессамоочищенняілишеприпригнобленніводнихорганізмів(наприклад,піддієютоксикантов)істотнішурольпочинаютьвиконуватифизико-хімічніпроцеси.Біохімічнатрансформаціяречовинвідбуваєтьсяврезультатіїхвключеннявтрофічніланцюгиіздійснюєтьсявходіпроцесівпродукціїідеструкції.

Особливоважливурольвиконуєпервиннапродукція,оскількивонавизначаєбільшістьвнутрішньоводневихпроцесів.Основниммеханізмомновоутворенняорганічноїречовиниєфотосинтез.Убільшостіводнихекосистемключовимпервиннимпродуцентомєфітопланктон.ВпроцесіфотосинтезуенергіяСонцябезпосередньотрансформуєтьсявбіомасу.Побічнимпродуктомцієїреакціїєвільнийкисень,утворенийзарахунокфотолізаводи.Разомзфотосинтезомврослинахйдутьпроцесидиханнязвитратоюкисню.

Автотрофнаяпродукціяігетеротрофнаядеструкція-двінайважливішісторониперетворенняречовиниіенергіїуводнихекосистемах.Характеріінтенсивністьпродукційнр-деструкційнихпроцесіві,отже,механізмбіохімічногосамоочищеннявизначаютьсяструктуроюконкретноїекосистеми.Томувониможутьістотнорозрізнятисяврізнихводнихоб'єктах.Більштого,вмежаходноговодногооб'єктуіснуютьрізнізонижиття(екологічнізони),відміннісукупностінаселяючихїхорганізмів.Цівідмінностіобумовленізміноюумовіснуванняприпереходівідповерхнідоглибиниівідприбережнихзондовідкритихчастин.

Уводотокахчерезінтенсивнеперемішуванняіневеликіглибинивертикальназональністьневиражена.Поживомуперерізупотокурозрізняютьріпаль-прибережнузонуімедіаль-відкритузону,відповіднупотокурічки.Дляріпаліхарактерніневисокішвидкостітечії,зарослимакрофітів,високізначеннякількісногорозвиткугідробіонтів.Умедіалішвидкостірухуводивище,кількіснийрозвитокгідробіонтівнижчий.Заповздовжнімпрофілемрозрізняютьзониплесівізониперекатів.Узоніплесів,щохарактеризуютьсясповільненоютечією,заселенняживихорганізмівкількіснобагатше,алеякіснобідніше.Дляперекатівхарактерназворотнакартина.

Комплекси екологічних умов позначаються на процесах самоочищення у водотоках. Для сповільнених течій характерні сприятливі умови для фотосинтезу, інтенсивні процеси трансформації речовин, процеси осадження. Для зон з підвищеними швидкостями характерні інтенсивні процеси перемішування, газообміну і деструкції речовин.

Уводоймищахекологічназональнавиявляєтьсячіткішеніжуводотоках.Уводоймищахзагоризонтальнимпрофілемвиділяютьлітораль– прибережназона(мілка)іпелагіаль(лімнічеськазона)-зонувідкритоїводи.Углибокихводоймищахуводніймасіпелагіаліповертикалівиділяютьтризони-епілімніон,металімніонігіполімніон.Металімніон,єзоною,щорозділяєепілімніонігиполімніон.Вінхарактеризуєтьсярізкимзниженнямтемпературиводи(1градусна1мглибини).Вищеметалімніонарозташованийепілімніон.Дляепілімніонахарактернепереважанняпродукційнихпроцесів.Іззбільшеннямглибини,умірузниженняфотосинтетичноактивноїрадіації(ФАР)відбуваєтьсязменшенняінтенсивностіфотосинтезу.Глибина,приякійпродукціястаєрівнійдеструкції,називаєтьсякомпенсаційнимгоризонтом.Вищезаньогорозташовуєтьсятрофогенназона,депереважаютьпродукційніпроцеси,анижче-трофолітична,депереважаютьпроцесидиханняірозкладання.Трофогенназоназнаходитьсявепілімніоне,атрофолітична,якправило,охоплюєметалімніонігіполімніон.

Упридоннійзоніводоймищ,,виділяютьпрофундаль-глибоководнучастину,приблизноспівпадаючузчастиноюложаводоймища,заповненоїводамигіполімніона.

Такимчином,уводоймищахможнавиділитизонизпереважаннямфотосинтетичноїпродукціїізони,дейдутьтількипроцесидеструкціїречовин.Угіполімніоне,особливовзимовийілітнійперіоди,частоспостерігаютьсяанаеробніумови,щознижуєінтенсивністьпроцесівсамоочищення.Навпаки,вліторалітемпературнийікисневийрежимисприятливідляінтенсивногопротіканняпроцесівсамоочищення.

Евтрофікація,підякоюрозуміютьгіперпродукціюорганічноїречовиниуводномуоб'єктіпіддієюзовнішніх(аллохтонних)івнутішньоводневих(автохтонних)чинників,єоднієюзсерйознихекологічнихпроблем,зякоюстикаютьсямайжевсірозвиненікраїни.Доевтрофікаціїсхильніпрактичнобудь-яківодніоб'єкти,протенайяскравішевонавиявляєтьсяуводоймищах.Евтрофікаціяводоймищєприроднимпроцесом,йогорозвитокоцінюєтьсягеологічниммасштабомчасу.Врезультатіантропогенногонадходженнябіогеннихречовинуводніоб'єктивідбулосярізкеприскоренняевтрофікації.Підсумкомцьогопроцесу,званогоантропогенноюевтрофікацією,єзменшеннятимчасовогомасштабуевтрофікаціївідтисячроківдодесятиліть.Особливоінтенсивнопроцесиевтрофікаціїпротікаютьнаурбанізованихтериторіях,щозробилоїходнієюзнайхарактернішихознак,властивихміськимводнимоб'єктам

Трофністьводногооб'єктувідповідаєрівнюнадходженняорганічноїречовиниаборівнюйогопродукуванняводиницючасуі,такимчином,євиразомсумісноїдіїорганічноїречовини,щоутвориласяприфотосинтезііпоступилаззовні.Порівнютрофностівиділяютьдвакрайнітипиводнихоб'єктів– оліготрофнііевтрофні.Основнівідмінностіцихдвохтипівводнихоб'єктівнаведенівтабл.

Таблиця 3.14. Характеристики оліготрофного і евтрофного водоймищ



Стан водоймища

оліготрофне

евтрофне

Физико-хімічні характеристики

Концентрація розчиненого кисню

у гіполімніоні

Висока

Низька

Концентрація біогенних елементів

Низька

Висока

Концентрація зважених речовин

Низька

Висока

Проникнення світла

Хороше

Погане

Глибина

Велика

Невелика

Біологічні характеристики

Продуктивність

Низька

Висока

Різноманітність видів гідробіонтів

Невелике

Велике

Фітопланктон:

біомаса

добові міграції

цвітіння

характерні групи



Невелика

Інтенсивні

Рідкісне

Диатомові, зелені водорості

Велика

Обмежені

Часте

Зелені, синьозелені водорості

Основниммеханізмомприродногопроцесуевтрофікаціїєзамулюванняводоймищ.Антропогеннаевтрофікаціявідбуваєтьсявнаслідокнадходженняуводунадмірноїкількостібіогеннихелементів,якрезультатгосподарськоїдіяльності.Високийвмістбіогенівстимулюєавтотрофнугіперпродукціюорганічноїречовини.Результатомцьогопроцесуєцвітінняводиунаслідокнадмірногорозвиткуальгофлори.Середпоступаючихуводубіогеннихелементівнайбільшийвпливнапроцесиевтрофікаціїздійснюютьазотіфосфор,оскількиїхвмістіспіввідношеннярегулюєшвидкістьпервинногопродукування.Рештабіогеннихелементів,якправило,міститьсяуводівдостатніхкількостяхінеробитьвпливунапроцесиевтрофікації.Дляозерлімітуючимелементомнайчастішеєфосфор,адляводотоків-азот.

Екологічнийстанбільшостіводоймищ(зокремаефтрофіюванняводойм)залежатьвзагальномувизначаєтьсяпланктономізалежитьвідрядуфізичних(освітлення,температура,швидкістьпотоку),хімічнихрозчиненийкисень,біогенніелементи),біологічнихфакторів.

5 Методи захисту і віддновлення поверхневихводних обєктів

Самоочищуюча здатність поверхневих водних обєктів, які піддаються антропогенному навантаженню, як правило недостатньо для протидії високому впливу зовнішнього негативного стану. Результат – якісна і кількісна зміна, погіршення якісних властивостей води. Тому виникає проблема захисту водних обєктів і відновлення деградованих водних екосистем. Вирішення цієї задачі можливе лише шляхом сукупнього впливу на поступання речовин зовні (на зовнішній вплив) і внутрішньоводні процеси.

Зовнішній впливна водні обєкти проявляється у вигляді поступання в них посторонніх домішок і тепла, що приводить до порушення норм чкості води. З метою підтримання самовідновлювальних процесів обєм зовнішніх впливів не повинен перевищувати норм ГДС. Реалізація ГДС проводиться за рахунок зменшення повертаємих вод або зниження концентрації в них. Основними організаційно – технічні заходи, які проводяться в цих цілях:

  1. зміна технологіх виробництва (в сторону ресурсозберігаючих, маловідходних технологій – найбільш економічний і екологічний напрямок, але потрібні капіталовкладення);

  2. каналізування (передбачить забруднення неорганізованим стоком) і санітарна очистка міст ( знизить попадання забрулнень у поверхневі стоки, передбачення забруднень грунтів, достатньо ефективний і малозатратний)

  3. повторне використання стічних вод (створення оборотного водозабезпечення, повторно використовувати у різних сферах) ;

  4. очистка стічних вод (найбільш традиційна).

Інтенсифікація внутрішньоводоймових процесів.

Технології захисту і відновлення для водотоків.

В основі – цілонаправлена зміна гідрогеологічних умов або безпосередній вплив на біотичну частину водної екосистеми.Основні технічні рішенні:

Технології захисту і відновлення для водоймищ.

Найважливіша проблема – евтрофікація, тому проводять технології деевтрофування (зниження рівні трофності водних об’єктів). Основні з них:

Видалення донних відкладень. Вміст біогенних елементів у донних відкладеннях звичайно збільшується від нижніх шарів до вищих. Тому видалення верхніх шарів цих шарів приводить до обіднення біогенними елементами і перенесенню їх у водну товщину.

Екранування донних відкладень, що створює фізичний бар’єр на границі розділення вода – доні відкладення (екран – пластикові плівки, піски, глина.

Відвід частини води, що є багатою на біогени. Це – в глубоких водоймищах із слабким водообміном.

Хімічна обробка, основана на використанні речовин, які здатні осаджати біогени або перетворювати їх в менш доступну для мікроорганізмів форму. (нйбільш екологічно – сульфат алюмінія)

Зміна умов середовища проживання. Затемнення для зменшення продуктивності водорослей які інтенсивно поглинають кисень і їм необхідно світло (посадка по бокам дерев тощо).

6 Формування підземних вод на урбанізованих територіях.

Із всіх елементів літосфери найбільшу швидкість відповідної реакції на вплив техносфери мають підземні води (води, що лежать нище поверхні землі). По характеру звязку з горними породами і ступеня рухомості підземні води поділяють на 3 групи:

  1. хімічно звязана (включаючи конституційну, кристалізаційну) – утримується всередині мінералів силами, що значно перевищують силу тяжіння. Видалення із мінералів – при нагріві.

  2. фізично звязана води ( міститься в основному в тонкодисперсних породах і утримується на поверхні частинок силами, що мають електричну природу. Дана вода може рухатися під впливом осмотичних і електроосмотичних сил. До фізично звязаної відносять капілярну воду, найбільш рухому. Не підчиняється закону сили тяжіння і рухається в капілярних порах знизу вверх. Обмеження – повязано із дією поверхневого натягу на границі розділення „вода – порода”.

  3. вільна вода заповнює пори і пустоти в горних породах і пересувається в них під дією сили тяжіння зверху вниз або в різних напрямках під впливом перепаду тиску.

Розвиток людства безперервно повязаний із забрудненням підземних вод (велике використання бо більша якість, близькість до споживача). Але їх обєм значно менший поверхневого (ресурси поверхневих вод на території України в маловодний рік 29700 млн м3., а прогнозні підземні ресурси (загалом на Україні) – 7000 млн м3. У ряді випадків підземні води не можна використовувати.

В даний час основний об’єм використовуємої людиною підземної води – це прісні води, що циркулюють в зоні активного водообміну, які простягаються до глубини сотні км і до 1 км. Підпитка цих вод в основному за рахунок атмосферних опадів, що вимиваються з грунтів, пород водонасиченої зони, де накопичуються забруднення.

Перший від поверхні горизонт – грунтові водичерез відсутність достатніх ізолюючих шарів постійно забруднений. В містах – дуже сильно, що їх очистка і використання не доцільна.

Далі – міжпластові води – залягають на глибині до 100 м, мають порівняно більшу захищеність від поверхневих забруднень. Цикли вдообміну – від декількох років до десятків років. Зараз широко використовуються для водозабезпечення міст. Але в останній час забруднення (грунтові води) досягли третини водозаборів України. (Харків – перевищення нафтопродуктів, пестициди, феноли у водозаборі що в межі міста). зараз суттєве іде обіднення, викачування.

Найбільша захищеність – водоносних горизонтів від декількох сотень м до 1 км. Полний водообмін – сотні і тисячі років.

Дуже багато забруднень надходить через скважини водозаборів (неісправність, відпрацьованість).Погіршення якості підземних вод необоротнє.

При експлуатації артезіанських водозаборів за період амортизаційного терміну (25 р) видалення підземних вод проходить з території декількох кілометрів квадратних. Таким чином, на урбанізованих територіях під впливом інтенсивної діяльності людини складується порушений (антропогенний) режим підземних аод. Зміна гідродинамічних характеристик підземних вод – напору, швидкості, витрати, їх температури і складу проходить не тільки під впливом природніх факторів, але і антропогенних (внаслідок викачування вод), які відігрують основну роль.

При умові збереження об’єму елементу гідросфери (підземних вод) водний баланс виражається рівнянням:

Qj cума прихідних і витратних складових водного балансу елементу, м3/добу;

(+) - приток, (-) - відток підземних вод;

Δt тривалість розрахункового періоду;

Δυ – зміна обєма ( запасів) підземних вод, м3.

Під запасами підземних вод розуміють загальний обєм води, що міститься у розглядаємому елементі гідросфери. Приток підземних вод – це підпитка підземних вод; відтік – розвантаження підземних вод.

Для елементу грунтового горизонту рівняння водного балансу має вигляд:

Wп – сумарне живлення грунтових водз поверхні, ( інфільтраційне, конденсація, поглинання поверхневих вод, штучне живлення), м3/добу, Р – розвантаження грунтових вод на поверхню, (випаровування, виходи – джерелатощо)м3/добу

+/-Qн притік із нище розташованих горизонтів, м3/добу;

+/-Qгр – різниця притоку і відтоку по грунтовому водоносному горизонтум3/добу;

Qз – відбір грунтових вод, м3/добу;

F площа балансової ділянки, м2;

ΔН – зміна рівня грунтових вод у даному елементів потоку за даний період Δt;

Δμ – гравітаційна ємність, доля одиниць.

Для урбанізованих території характерною проблемою є підтоплення земель – внаслідок підняття грунтових вод (через додаткове живлення і додаткові джерела інфільтрації- каналізація, очистка, проливи тощо), менше випаровування (забудова), зроста внутрішньогрунтова конденсація. (фундаменти більша теплопровідність у порівнянні з грунтами). Зниження проникливості грунтів .

Основні джереда забруднення грунтових і міжпластових вод у містах є: промплощадки і відстійники рідких відходів промпідприємств; утечки із каналізаційних сіток, очисні споруди; звалища побутових відходів, розсіяне забруднення нафтопродуктами; органічними речовинами і важкими металами на міській території.

Охорона підземних вод від збіднення і забруднення.

Збереження високої якості і запасів підземних вод може бути забезпечено перш за все шляхом впровадженнящадящих режимів експлуатації підземних горизонтів (надійний контроль, фіксувати зміни і вводити корективи у режим експлуатації)

Другий напрям – виявлення, ліквідація і передбачення появи нових техногенних джерел забруднення водоносних горизонтів. (накопичувачі, хранилища, очисні споруди, аварії)

Раціональне використання – тільки на питне водозабезпечення ( окремо від іншого господарсько – побутового і промислового водозабезпечення).

Методи поповнення запасів підземних вод

Збільшення обсягу підземних водоносних горизонтів може бути досягнуто за рахунок штучного поповнення запасів підземних вод.

Штучне поповнення запасів підземних вод – це комплекс інженерних заходів, направлених на збільшення підпитки підземних вод, збільшення або збереження експлуатаційних есурсів водоносного горизонту, а також на покращення і збереження якості води.

Основним джерелом поповнення запасів підземних вод є річний стік. Другі види – води тимчасових водотоків, ливневі і талі води, тощо, при умові що вони відповідають умовам якості води.

Є два основних метода штучного поповнення – розподілення і нагнітання (з різними модефікаціями). Метод розподілення використовують для поповнення запасів підземних вод безнапорних горизонтів в умовах, що зона аерації аерації складена добре приникливими відкладеннями (більше біля поверхні). Виконується різними способами – обладнання інфільтраційних басейнів, каналів, траншей, котлованів, затоплення поверзні, розчистка дна русел для фільтрації., фільтруючі колодці

Метод нагнетания – використовують для закачування води в напорні водоносні горизонти, або при умові, що на поверхні землі малопроникливі породи. Установлення нагнітаючих скважин і свердловин, в які води подаються під тиском. Специфічний метод – живлення експлуатуємого горизонту сміжними, залягающих вище або нище шляхом буріння і обладнання скважин.

Негативний фактор – заілювання, зв’язані гази, повітря, підвищений вміст заліза – тому інфільтраційне обладнання (при нагнітанні) треба періодично чистити.