Очистка промышленных сточных вод

Воздействия, оказываемые загрязняющими веществами на окружающую среду, можно классифицировать по следующим категориям:

Физическое воздействие

Загрязнители влияют на прозрачность воды и создают помехи в растворении кислорода в ней. Прозрачность снижается в связи с помутнением воды, вызываемым неорганическими (неподвижные взвешенные частицы или НВЧ) и/или органическими частицами (летучие взвешенные частицы ЛВЧ) в воде. Последние зачастую подвержены биодеградации и, таким образом, обладают окислительным воздействием. Помутнение мешает проникновению света, что влияет на фотосинтез, также утрата прозрачности воды, помимо всего прочего, влияет на способность водных животных добывать себе пищу, так как они попросту не видят свою добычу. Мелкие частички могут забиться в жабры, затрудняя дыхание рыб и позже приводя к их смерти.

Оседающие частицы собираются на листьях растений и на дне водоема, формируя слои ила, которые впоследствии уничтожает придонные организмы. По мере того, как накапливаются илистые слои, со временем, они могут превратиться в иловые площадки, и если составляющий их материал органический, его последующее разложение может вызвать зловоние. В противоположность оседающим частицам, частицы более легкие, чем вода, постепенно всплывают на поверхность, образуя пену или пленку, что еще больше мешает проникновению света и насыщению воды кислородом. Препятствия в распространении света мешают процессам фотосинтеза. Ограничения на сброс сточных вод обычно составляет (для неподвижных взвешенных частиц) 30 мг/л^{− 1} или 50 мг/л^{− 1}.

Многие промышленные сточные воды содержат масла и жиры. Они могут иметь органическую природу, также часто могут встречаться образцы минерального масла. Но несмотря на их органическую или минеральную природу, оба продукта вызывают помехи на границе воздуха и воды, замедляют проникновение кислорода. Помимо помех в проникновении кислорода из атмосферы в воду, масла и жиры (особенно минеральные масла) обладают ингибирующим эффектом. В отличие от бытовых сточных вод, промышленные стоки имеют температуру, значительно превосходящую средние показатели. Вследствие этого, происходит повышение температуры принимающего водоема, что также сокращает растворимость кислорода. Помимо этого, резкие перемены температур могут привести к тепловому шоку, а затем и гибели многих уязвимых видов. Впрочем, повышение температуры не всегда оказывает вредоносное воздействие на организмы, но может способствовать увеличению популяции некоторых видов. Однако, и здесь есть свои пределы: так как этот фактор может быть благоприятным только для некоторых видов, что в будущем может негативно сказаться на биологическом разнообразии.

Окисление и остаточный растворенный кислород

Как было сказано в предыдущем параграфе, водоемы обладают способностью оксигенации, (самостоятельному обогащению кислородом) путем растворения кислорода, получаемого из атмосферы, и фотосинтетической активности водных растений. Важную роль в процессе фотосинтеза играют водоросли. Однако, и фотосинтетическая активность растений имеет пределы своих возможностей. Уровень растворенного кислорода будет снижаться в связи с проистекающими в водоеме биологическими и химическими процессами, вызванными присутствием органических или неорганических веществ, которые создают потребность в кислороде (согласно показателям БПК и ХПК), превышающую количество кислорода, полученного с помощью этой способности к оксигенации. Количество растворенного в воде кислорода может упасть до такой степени, что водоем окажется в состоянии загрязнения. Отличительным признаком такого загрязнения водоема служит наличие зловония, вызванного деятельностью условно анаэробных организмов.

Факультативные бактерии способствуют сокращению в водоеме веществ, в составе которого присутствует комбинированный кислород, например, сульфатов, в результате чего высвобождается сероводород. Недостаток свободного кислорода ставит существование аэробных организмов водоема под угрозу. Однако, уровню растворенного кислорода вовсе не нужно падать до нуля для того, чтобы вредоносный эффект стал заметен. Даже снижение уровня кислорода до 3–4 мг/л^{− 1} (в воде все еще содержится достаточное количество кислорода) может негативно повлиять на высшие виды организмов, например на некоторые виды рыб. В случае же присутствия в воде ингибирующих веществ уровень растворенного кислорода, при котором чувствуется негативное влияние на состояние водоема, может быть даже выше, чем в предыдущем случае.

Повышение температуры в водоеме, вызванное сбросом теплых сточных вод, представляет собой другой случай, так как нагрев температуры положительно влияет на метаболические процессы (зачастую, ускоряет их в два раза каждые 10◦ C повышения температуры). Однако, повышение температуры снижает растворимость кислорода в воде, а следовательно, будет происходить обострение потребности в кислороде, в то время как его доступность будет снижаться. Из-за силы воздействия уровня растворенного кислорода на водную жизнь крайне необходимо определение показателя БПК для сброса сточных вод. Общепринятые границы значений БПК5 - 20 и 50 мг/л^{− 1}.

Угнетающее воздействие, токсичность и устойчивость загрязняющих веществ к разложению

Эти эффекты вызываются органическими и неорганическими соединениями, и могут иметь разовый (мгновенный) или хронический характер. Среди веществ, оказывающих такое воздействие, находятся пестициды и тяжелые металлы, о которых уже говорилось выше. Многие сточные воды содержат эти токсичные или обладающие потенциальным угнетающим воздействием вещества. Их присутствие в экосистеме может способствовать увеличению популяции организмов, толерантных к оказываемому вредоносному воздействию, уничтожая тех членов биологического сообщества, что обладают меньшей способностью к адаптации, тем самым, влияя на разнообразие форм жизни. По этим причинам, необходимость в очистке сточных вод вызвана не только беспокойством о воздействии, оказываемом подобными веществами на окружающую среду, но и тревогой о вреде, наносимом биологическим системам. Но даже успешная очистка сточных вод не гарантирует того, что питьевые качества воды в водоеме, куда они сбрасываются, не пострадают. Например, даже небольшое количество остаточного фенола в воде может вступить в реакцию с хлором в процессе очистки питьевой воды. Это повлечет за собой образование хлорфенола, придающего воде неприятный запах и вкус.

Помимо потенциально опасных или токсичных органических загрязнителей, есть вещества, устойчивые к биологическому разложению. Подобные вещества имеют свойство накапливаться в тканях живых организмов в концентрации намного превышающей их содержание в окружающей среде, что делает эти организмы непригодными в качестве пищи для животных (включая человека), стоящих выше в пищевой цепи. Не смотря на устойчивость некоторых органических веществ к разложению, разложения металлов в окружающей среде практически не происходит.

Заболачивание

Попадание азотистых и фосфорных соединений в принимающий водоем может повлиять на плодородие их почв. Увеличение плодородия почв влечет за собой чрезмерный рост растений, включая водоросли. Последствия такого обилия растений в водоеме включают в себя увеличившуюся мутность воды, недостаток кислорода и токсичность. Рост водорослей в незагрязненных водоемах ограничен недостатком питательных веществ в воде. Питательные вещества включают в себя питательные макроэлементы – азот, фосфор и углерод, и микроэлементы - кобальт, марганец, кальций, калий, магний, медь и железо, которые необходимы лишь в небольших количествах. Озабоченность по поводу заболачивания водоемов возникает благодаря фосфору и азоту, так как присутствия других питательных веществ в природе, в сущности, достаточно.

В пресных водах лимитирующим веществом является фосфор, в устьевых и морских – азот. Очистка промышленных сточных вод (или же бытовых стоков) может включать в себя целенаправленное устранение азота или фосфора, в зависимости от типа принимающего водоема, чтобы сделать ограниченное количество питательных веществ.

Так как страны Азии изобилуют литоральными зонами, устранение азота становится необходимым в том случае, если его содержание превышает допустимые нормы. Если ограничение на содержание питательных веществ в водоеме отсутствует, и, если все остальные условия, например средняя температура, являются подходящими, происходит усиленный рост водорослей или «цветение» воды (как в случае «красного» прилива). Помимо эстетических соображений, подобное «цветение» воды оказывает влияние на продуктивность рыболовного промысла в районе. Необходимо отметить, что не все промышленные сточные воды содержат чрезмерное количество питательных веществ (как макро, так и микроэлементов). Возможный недостаток питательных веществ может повлечь за собой нестабильность процесса и/или распространение неприемлемых видов микробов во время биологической очистки сточных вод. Признаком данного процесса является вспухающий ил. Чтобы избежать подобных последствий, в некоторых случаях необходимо добавлять питательные вещества. Количество добавляемых питательных веществ должно тщательно регулироваться таким образом, чтобы непреднамеренно не допустить их избытка и последующего сброса в водоем. В рамках формулы

• оптимальные пропорции биобработки - 100:5:1
• минимальным допущением могут быть пропорции 150:5:1

Патогенный эффект

Патогенные микроорганизмы, иными словами, болезнетворные микроорганизмы, вызывают инфекцию при попадании в организм-переносчик (например, животного или человека) и последующем размножении в нем. Патогенные микроорганизмы включают в себя бактерии, вирусы, простейшие и гельминты. В отличие от бытовых сточных вод или же стоков, идущих от медицинских учреждений, с которыми обычно связывается наличие подобных микроорганизмов (особенно бактерий и вирусов), промышленные сточные воды редко ассоциируются с подобным воздействием на окружающую среду. Исключением служат стоки агропромышленного производства, которые имеют отношение к животным. Присутствие таких микроорганизмов в сточных водах, сливаемых в водоемы, и болезни, переносимые посредством воды, вызывают неподдельную тревогу. Многие патогенные микроорганизмы могут быть уничтожены во время процесса очистки потока сточных вод и питьевой воды с помощью подходящих дезинфицирующих средств, однако с некоторыми микроорганизмами совладать не так просто. Ранее были приведены два типа вида подобных микроорганизмов – криптоспоридии и лямблии. Оба этих вида относятся к семейству простейших. Основная сложность состоит в том, что организм-хозяин распространяет не сами микроорганизмы, а яйца или коконы, которые, к сожалению, устойчивы к обычным методам дезинфекции. Вспышка криптоспоридиоза, кишечного заболевания, вызванного заражением криптоспоридиями, имеет следующие симптомы: диарея, боли в брюшной полости, тошнота и рвота.

Резюме

Принимая во внимание все вышеуказанные эффекты загрязнения окружающей среды, очистка промышленных сточных вод должна включать в себя средства контроля следующих параметров:

1. взвешенные частицы (ВЧ)
2. температура
3. масла и жиры
4. содержание органических веществ в рамках биохимической потребности в кислороде (БПК) или химической потребности в кислороде (ХПК)
5. уровень pH;
6. специфические металлы и/или специфические органические соединения
7. азот и/ или фосфор
8. тест-микроорганизмы (например, Э. Коли) или особые микроорганизмы