Забруднення та очищення води

Води нашої планети розташовані на поверхні і під землею. Поверхневі води на 98% складаються з океанів. Площа океанів майже в 2,5 рази більше, ніж поверхня землі. Більша частина води в океанах солона з середньою температурою 3,7 градуса. Поверхневі та прибережні води мають меншу солоністю і більш високою температурою. Нижче 60 метрів вода починає знижувати рівень кисню. Забруднення води та способи її очищення сьогодні розглядаються у всіх сферах людської діяльності.

Підземні джерела можуть містити солону, менш солону або прісну воду. Так само окремо виділяють геотермальні джерела, в яких температура води вище 30 градусів.

Людина використовує тільки прісні джерела, яких менше 3 % на нашій планеті. Тільки 0,4% цієї води легко здобувається, а для решти необхідно спеціальне обладнання різного призначення. Багато прісної води міститься в снігах і льодах Південного полюса. Джерелами прісної води виступають ріки і підземні джерела.

Якщо поруч немає прісної води, то використовують морську, яка піддається гиперфильтрации для видалення солей. Для цього використовують мембрани з полімеру з дрібними порами, які не пропускають молекули солей. Але процес досить витратний і використовується рідко. Перевагу віддають отбуксированных до берегів айсбергів і піддають танення. Спосіб забезпечення прісної води в два рази менш енергоємний. Однак 80% інфекційних хвороб передаються цією водою.

Забруднення води

Забруднення та очищення води

Забруднення вод

Вода лежить в основі земного життя. Величезні забруднення атмосфери заподіяли шкоду грунтів, річок, водосховищ. Більшість речовин з повітря осідає на земну поверхню. Але це тільки частина проблеми. Забруднення води відбувається при безпосередньому попаданні відходів у вододжерела. Сільськогосподарські поля сьогодні у великих обсягах обробляються пестицидами, добривами. Створюються численні сміттєзвалища. Стічні води підприємств промисловості зливаються у ріки.

Забруднюється основне джерело прісної води – підземні води. Небезпечні речовини у воді повертається до людей і отруюють їх організм.

Що за воду використовує людина? Природна вода завжди містить газами, солями і твердими домішками. Прісні джерела містять до 1 грама в 1 літрі солей.

Забруднення скорочують джерела питної води

Забруднення та очищення води

Забруднена вода з крана

Прісна вода природі надходить завдяки кругообігу води. Щороку випаровується більше 500 кубічних метрів води, з них 86% — солоною. Деяка кількість повертається в океан у вигляді опадів, а друга – переноситися повітряними масами на земну поверхню і поповнює річки і озера, підземні води й льодовики.

Тільки на 2 % гідросфера складається з прісної води, яка весь час оновлюється. Саме швидкість визначає доступний ресурс прісної води.

85% прісної води розташоване в льодовиках і льодах на полюсі. Там водообмін відбувається за 8 тис. років. Для порівняння, у річках період оновлення становить до 12 діб.

Сьогодні ріки виступають не тільки джерелом життєво важливою води, але і переносником шкідливих відходів. Промислові стічні води збираються на територіях і по руслу річки йдуть в моря і океани.

Весь час кількість і рівень очисних споруд не встигає рости за розвитком промисловості. Але це не головна проблема. Самі хороша очищення забрудненої води не здатне видалити розчинені речовини і десяту частину органіки. Для повторного використання воду необхідно розбавляти великим обсягом нової. Для людей важливу роль відіграє абсолютний обсяг стічних вод.

Сьогодні 1/5 всього обсягу прісної води йде на розбавлення очищеної стічної. Це значить, що ресурс скоро вичерпається. Обсяги і якість прісної води з кожним роком зменшується.

Людина повинна знайти інші способи водокористування. Антропогенний цикл води потрібно ізолювати від природного. Тобто потрібно забезпечити замкнутий цикл використання води. Технології повинні бути маловідходні або взагалі безвідходні зі зниженням кількості споживаної води.

Прісної води багато. Неправильне ставлення до неї приведе до виснаження будь-якого джерела. Щорічно на планеті кількість подібних місць збільшується в рази. Зараз 1/5 частину міського населення і ¾ сільського відчувають дефіцит прісної води. Кожна людина споживає 3-700 літрів води щодня. Індивідуальна потреба залежить від рівня життя і місця проживання.

Найбільше прісної води йде на сільськогосподарські потреби. Зрошувані землі дають 50% врожаю, займаючи лише 15% сільськогосподарських земель.

Сьогодні зраді стік річок і багато води не повертається у річки. Вона випаровується й утворює рослинну масу: при синтезі водяній водень утворює органічні речовини.

Забруднення води стоками різного походження

Забруднення та очищення води

Забруднені стічні води

Виділяють промислові, сільськогосподарські і побутові стоки. Вони розкладаються під впливом мікроорганізмів, які мають потребу в кисні, розчиненому у воді. При достатній його концентрації аеробні бактерії переробляють небезпечні домішки в нешкідливі речовини. При нестачі спостерігається загибель аеробних бактерій і гниття води. Так само страждають риби, особливо у період нересту.

Віруси і небезпечні мікроорганізми потрапляють у воду зі стічних побутових і тваринницьких вод. Якщо не організувати очистку забрудненої води, то спостерігаються спалахи епідемій. Сьогодні в розвинених країнах епідемії рідко виникають з вини водопровідної води. Так само отруюються овочі та фрукти, які поливали стічними водами. Мешканці забруднених морів і океанів, які люди люблять вживати в їжу, є джерелами зараження черевного тифу.

Нітрати і нітрити в прісних водах викликають евтрофікацію, яка веде до зниження концентрації кисню у воді. Він так само мають поганий вплив на організм людини.

Сьогодні в воді підвищена концентрація металів, нафтопродуктів, отрутохімікатів, фенолів і синтетичних миючих засобів. Багато речовин не розпадаються у воді або розкладаються дуже довго, що призводить до накопичення їх в харчовому ланцюжку.

Дані опади є гідрологічним наслідків зростання міст. Сільське господарства ведеться по порушеним технологій, знищення лісів, порушення стоку річок, що провокує ерозію ґрунтів. Порушується рівноваги навколишнього середовища, страждають донні організми.

Теплове забруднення

До теплового забруднення відносяться теплі води від промислових і теплоелектростанції. При штучному підвищенні температури в природі зменшується концентрація кисню у воді і змінюється обмін речовин. Спостерігається загибель багатьох мешканців водойм або придушення в їх розвитку.

Ще 10-20 років тому забруднення були розташовані на локальних ділянках. Сьогодні воно представляє один масив на величезній території.

Забруднення нафтопродуктами

Забруднення та очищення води

Скид нафтопродуктів у річку

Забруднення нафтопродуктами — сьогодні найпоширеніші в світовій практиці. Два найбільших океану, Тихий і Атлантичний, сьогодні на 4% постійно покриті плівкою з нафти. Основні джерела – її транспортування і розробка. З континентів нафта потрапляє з річковим водам. Кожен рік це близько 2 млн. тонн нафтопродуктів.

Нафта утворює на поверхні сантиметрову плівку. Пізніше починає утворюватися емульсія води і нафти, з’являються довгоживучі грудочки мазути, до яких липнуть маленькі морські мешканці. Вони стають легкою здобиччю для хижаків. Однак крім їжі в організм потрапляють і нафтопродукти, що отруюють організм риби. Її не можна використовувати в їжу з-за поганого смаку і запаху.

Спільнота морських мешканців скуднеет і сильно змінюється. Починають активно розвиватися мікроорганізми, для яких нафтопродукти є основною їжею. Для багатьох мешканців це отруйна біомаса.

Підводним каменем є те, що нафтові вуглеводні розчиняють пестициди, метали. Все це стає більш токсичним і отруйним.

Ароматична фракція призводить до мутації морського середовища. Якщо вживати їжу з ними, то підвищується ризик мутації людських клітин – рак.

Нафта отруює поверхневі води. А адже вони вважаються «дитячим садом» більшості популяцій. Порушується газообмін води і атмосфери, теплообмін.

У птахів нафта склеює пір’я, що не дає їй плавати і налагодити правильну теплоізоляцію.

Сира нафта в морі або океані не представляє великої небезпеки в довгостроковій перспективі для мешканців водного середовища. Небезпечніше є нафтопродукти – дизель, бензин і т. д. Так само шкоди завдає великий вміст нафти в приливно-відливної зоні.

Інші види забруднення води

Вже кілька десятків років знайшло велике поширення хлорування. Хлор використовується в сільському і лісовому господарствах, на міських очисних споруд для боротьби з інфекціями. Сьогодні у Світовому океані досить висока концентрація цього хімічного елемента, який приноситься річками і атмосферою. Навіть в Антарктиді і Арктиці виявлені ДДД.

Поліхлорбіфеніли є легко розчинним речовиною в жирах. Він збирається в органах мешканців морського середовища. Так як вони мають штучне походження, то в природі немає істот, які споживають їх в їжу. Ксенобіотики не розкладаються, а тільки накопичуються в природі, в тому числі і Світовому океані. Вони є токсичними, негативно позначаються на кровоносній системі та ферментної активності, страждає спадковість.

Річковий стік несе в океани і важкі метали, деякі з яких токсичні. Щорічно у Світовий океан надходить близько 2 млн. тонн свинцю, 10 тис. тонн ртуті, 20 тис. тонн кадмію.

Третина ртуті і половина свинцю виявляються в океані з атмосфери.

Наслідки забруднення стічних вод

Інфекційні захворювання

Забруднення та очищення води

Забруднення води

Стічна каналізаційна вода є основним джерелом патогенних заражень. Хворі тварини і люди виділяють безліч яєць і патогенів. Зустрічаються випадки, коли людина навіть не підозрює про свою хворобу. Якщо відбувається забруднення питної води, джерел їжі або місць купання каналізаційними стоками, то заражається безліч людей. Іноді хвороботворні бактерії передаються по харчовому ланцюжку від морських мешканців.

Патогенний організм в середньому живе тільки добу поза господаря. Розвиток інфекційного захворювання залежить від їх чисельності. При незначній щільності перенесення і передача інфекції значно малий. У густонаселених містах люди схильні до більшого ризику.

В багатьох країнах введені обов’язкові санітарно-гігієнічні норми, які передбачають:

  • дезінфекція води методом хлорування або ін.;
  • дотримання гігієни та санітарії під час роботи з продуктами;
  • правильний збір і очищення забрудненої води.

Зниження концентрації кисню

Органічні складові в каналізаційній воді споживаються мікроорганізмами, які для дихання використовують кисень, розчинений у воді. Велика кількість організмів не дає заповнюватися кисню природним шляхом. Для бактерій кисень не так важливий, так як вони здатні до анаеробного дихання, бродіння. Страждають істоти, якому без кисню не обійтися.

Збільшується ризик мікробного зараження: анаеробна середовище сприятливе для багатьох патогенних організмів.

Збір та очищення стічної води

Організація первинних стоків

Санітарна каналізаційна система збирає стічні труби і ізолює стічну воду від раковин, ванн та ін Велике споживання чистої води або просто відкритий кран призводить до малої концентрації відходів у витті – 0,1%. Якщо врахувати дощову воду, то цифра ще буде менше.

Виділяють три групи первинних забруднювачів стоків:

  • пісок і сміття (сміття потрапляє з туалетів, а пісок — зливостоків);
  • жива і нежива органіка: папір, тканина, їжа, екскременти і т. д.
  • розчинені речовини: фосфор, азот, калій, марганець т ін.

Етапи очищення

Для повного очищення слід забезпечити видалення всіх перерахованих забруднювачів.

Пісок та сміття легко видаляється на попереднього очищення.

Первинна і вторинна очистка необхідна для усунення колоїдних органічних сполук. Від біогенів передбачена спеціальна доочищення.

Слід знати, що стічні води не завжди проходять всі етапи очищення. Можна зустріти місця, де у воду скидають неочищені стоки або тільки після первинної очистки. В інших містах можуть проводити вторинну очистку і іноді доочистку.

Передочистка

Забруднення та очищення води

Очищення води зі свердловини

Пісок і сміття перешкоджають просуванню стічних вод по системі. Їх усунення вважається попереднім етапом очищення.

Сміття видаляється з допомогою стрежневых решіток: стрижні закріплені через 2,5 див. Сміття збирається і спалюється в печі.

Далі вода йде в пісколовку. Вода рухається дуже повільно, що б пісок встиг осісти. Потім його механічно прибирають і вивозять на звалища.

Первинна очистка

Вода проходить через первинні відстійники – баки великого розміру. Пару годин вона взагалі не рухається. На дно осідає 35-55% важких частинок, в тому числі і органічного походження. Одночасно жири та олії піднімаються на поверхню. Їх зливають подібно вершків. Зібрані забруднення називають іл-сирець.

Первинна очистка вимагає мінімум витрат при високій ефективності. Але у воді залишаються 45-65% биогена і колоїдів.

Вторинна очистка

Вторинна очищення видаляє залишилася органіку, але не розчинені речовини. Її ще називають біологічною очисткою. Застосовують редуценты і детритофаги, які «поїдають» органіку й виділяють вуглекислий газ і воду. Частіше використовують активний мул і краплинний біофільтр.

У крапельних біофільтрах застосовується розбризкування води на стінки з каменів. Утворюється природна екосистема з бактеріями, детритофагами, черв’яками і т. д. Потім вода потрапляє у вторинні відстійники, що б видалити змиті організми. Після краплинного фільтра вода на 90% очищена від органіки.

Іншим способом є активний мул. Вода йде в резервуар, де додається суміш з детритофагов. У процесі занурення відбувається збагачення води аерування і розмноження корисних мікроорганізмів. Вони поїдають органіку, патогенні організми і т. д. Після вода повинна відстоятися для видалення детритофагов. Вони збираються групами, легко видаляються і знову використовуються. Ефективність очищення забрудненої води – 95%.

Але вторинна очистка не видаляє біогени. Ще 20 років тому людина не замислювався про них. Вода просто оброблялася хлором і спускалася у водойми. Десь такий метод очищення зберігся і сьогодні. Але великі міста починають вводити додаткові методи очищення – доочистка.

Доочистка

Видалити біогени можна різними способами. Наприклад, мікрофільтрація або дистиляція, які ефективні на 100%. Але це дуже дорого. Сьогодні працюють над новими способами очищення оди. Наприклад, фосфати видаляють вапном: кальцій і фосфат утворюють нерозчинна речовина, легко відфільтроване з води. Але при великій концентрації фосфатів метод буде неефективним.

Правильна доочищення може зробити воду питну. Деяким стає неприємно думка, що ми п’ємо очищену стічну воду. Але ж у природі вода весь час здійснює кругообіг. Може виявитися так, що вода після доочищення набагато якісніше, ніж з річок, які скидалися неочищені каналізаційні стічні води.

Дезінфекція

Як би не очищалася вода, її прагнуть продезінфікувати перед викидом у водойму. Тільки так можна убити патогенні організми. Використовують хлор. Однак він сильно отруйний, а його доставка загрожує людям. Від хлору страждають риби. Якщо він реагує з органікою, то утворюються нерозчинні сполуки, які не розкладаються і дуже токсичні. Вони викликають рак, порушення розвитку ембріона і роботу статевої системи.

Безпечним є озон, який вбиває мікроорганізми і утворює при їх розкладанні кисень. Але він токсичний і може викликати вибух.

Новими методами вважаються УФ випромінювання, яке не має побічних явищ.

Очищення води від заліза

Забруднення та очищення води

Очищення води від заліза

Для знезалізнення необхідно використовувати комплексний підхід. Універсальних правил не існує. Виділяють реагентні та безреагентные способи очищення. Вдаються до наступних методів:

  • аерація – забезпечення інтенсивного окислення при великій подачі повітря;
  • обробка сильними окислювачами – хлор, марганцівка, озон тощо;
  • модифікована завантаження – спеціальні матеріали, видаляють механічним і хімічним шляхом все залізо у воді.

Наявність заліза у воді легко визначається за обседаемому осідання та металевого присмаку води. Страждають побутові прилади, поверхні раковин і ванн, системи опалення тощо

Видалення солей жорсткості

Про жорсткій воді знає кожна господиня. Вона залишає наліт на нагрівальних елементах, не дає пінитися миючих засобів. Жорсткі води не придатні для харчової промисловості. У всьому винна гідрокарбонати магнію і кальцію, які при кип’ятінні змінюють форму на нерозчинну.

Для пом’якшення води використовують наступні методи:

  • термічний – нагрівання води;
  • виморожування;
  • з використанням реагентів;
  • іонообмінний;
  • зворотний осмос;
  • електродіаліз;
  • комбінований.

Існують підприємства, які скидають у каналізацію небезпечні стічні води з ртуттю, свинцем, хромом, органікою і т. д. Іноді повністю очистити стічні води від усіх домішок не виходить: немає фінансових чи технічних можливостей. Домішки починають заважати біологічного очищення, вбиваючи потрібні мікроорганізми.

При використанні в сільському господарстві неочищеної води псуються ґрунти і виростають шкідливі продукти.

Сьогодні законодавство не здатне контролювати дотримання всіх норм і правил з очищення забрудненої води.