Поверхностный и подземный сток.Уравнение водного баланса

Классификация сточных вод по размеру растворенных в них частиц

Нередко классификация сточных вод проводится по размеру (дисперсии) содержащихся в них загрязняющих частиц.

Нерастворимые (крупные)

Содержат нерастворимые крупные частицы, размер которых 0,1 мм и больше.
Такие частицы визуально различимы в воде. Они могут выпадать в осадок или всплывать. Часто образуют взвеси, из-за которых вода кажется мутной.
Это примеси органического и неорганического происхождения.
Дав такому раствору отстояться и удалив осадок, можно значительно снизить уровень загрязненности.

Эмульсии

Размер частиц от 0,1 мкм (1 микрометр равен 0,001 мм, устаревшее название «микрон») до 0,1 мм.
Их рассмотреть можно только в микроскоп. Они также способны оседать и подниматься вверх, но уже более медленно, чем грубодисперсные частицы.

Коллоидные растворы

Частицы не более 0,1 мкм. Они не видны в обычный микроскоп, не оседают под действием силы тяжести и не поддаются обычной механической фильтрации.
Примеси могут выпадать в осадок только при разрушении устойчивых связей между молекулами.

Растворимые

Содержат вещества на уровне молекул и ионов размером до 1 нм (нанометр равен одной миллиардной сати метра, то есть 10-9)
Очистка проводится химическими, физическими и биологическими методами.

Задача очистки сточных вод звучит актуально. Это первоочередная цель для человечества. Однако решить ее в глобальном общечеловеческом масштабе будет возможно только при целенаправленном внедрении безотходных и бессточных производств. А в случаях, когда это невозможно – систем переработки или безвредного уничтожения.

Атмосферные стоки

К ним относятся поверхностные стоки от атмосферных осадков – дождевые и талые, возникающие в результате таяния снега, льда и града.

Их иначе называют ливневыми стоками, которые должны удаляться ливневой канализацией. Сюда же относят стоки от полива, мытья улиц, фонтанов и искусственных уличных водных объектов, дренажных сооружений и систем.

Поверхностные стоки не сильно различаются по составу, в основном содержат минералы и немного органики.

Атмосферные воды, стекая по поверхностям зданий, построек, производственным и строительным площадкам, дорогам, полям, лесам, собирают все содержащиеся на них загрязнения.

Чем больше загрязнена или заражена местность, тем больше вредных веществ смоют осадки.

Промышленность

В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые.

Вода выполняет разные функции, например служит сырьем, обогревателем и охладителем в технологических процессах, кроме того, транспортирует, сортирует и промывает разные материалы. Вода также выводит отходы на всех стадиях производства — от добычи сырья, подготовки полуфабрикатов до выпуска конечной продукции и ее расфасовки. Поскольку гораздо дешевле выбрасывать отходы разных производственных циклов, чем перерабатывать и утилизовать, с промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя бльшая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.

Промышленные сточные воды

Промышленные стоки образуются в результате производственной деятельности на предприятиях. Они имеют свою градацию, в соответствии с составом полученных загрязнений:

Условно чистые – незагрязненные.
Загрязненные.

Они выводятся как через промышленную систему сброса и очистки, так и через центральную канализацию.

Загрязненные сточные воды

Это воды, которые активно участвуют в технологии производства. Например, для промывки сырья, в химических реакциях, промывают готовую продукцию.

Вода берет на себя большую часть промышленных загрязнений, опасных для живых организмов и экосистемы.

На предприятиях металлургической отрасли и машиностроения вода участвует в литейном, термическом, механическом, сборочном процессах.

Основные загрязняющие факторы:

Физические – пыль, опилки, стружка, песок, грязь, ил, окалина, радиоактивные элементы и др.
Химические – кислота, щелочь, соли тяжелых металлов, масла и др.

Распространенные источники химических загрязнений: нефть и нефтепродукты, нитраты, пестициды, фенолы и пр.

Незагрязненные

Условно чистые воды пассивно участвуют в технологическом охлаждении агрегатных установок, задействованы в производстве.

Суда, не оборудованные установками очистки нефтесодержащих вод станциями ОНВ

На судах, не оборудованных станциями ОНВ, подсланевые нефтесодержащие воды, накапливающиеся под настилом машинных помещений, должны перекачиваться в сборную цистерну, храниться в ней и периодически сдаваться на внесудовые водоохранные технические средства в приемных пунктах нефтесодержащих вод.

На судах длиной менее 25 м, с суммарной мощностью всех двигателей внутреннего сгорания менее 220 кВт, судах с динамическим принципом поддержания (СДИН) и скоростных водоизмещающих судах (СВС) допускается накопление под- сланевых нефтесодержащих вод под настилом машинных помещений с последующей сдачей их на внесудовые водоохранные технические средства.

В процессе эксплуатации судна следует выполнять следующие мероприятия, обеспечивающие сведение до минимума количества подсланевых нефтесодержащих вод и концентрацию в них нефтепродуктов:

— сведение до минимума поступления воды через дейдвудные устройства, неплотности соединений трубопроводов, сальников, арматуры и т.п.;
— при обнаружении подтекания топлива или масла и невозможности его немедленного устранения устанавливаются поддоны или другие емкости;
— трубы, идущие от воронок и поддонов, установленных под оборудованием, пробными и спускными кранами топливной и масляной систем, периодически не менее одного раза в навигацию очищаются, обеспечивая свободный сток нефтепродуктов в сборную цистерну;
— слив топлива и масла из действующих или ремонтируемых машин, механизмов или от продувания систем, в которых может находиться топливо или масло, производится в специально предназначенные стационарные или переносные емкости;
— не допускается переполнение емкостей в машинном отделении, в том числе предназначенных для топлива или масла, для сбора отстоя и утечек топлива или масла, а также цистерн для сбора нефтесодержащих остатков груза (последнее — на танкерах);
— на землесосах, под грунтовыми насосами, устанавливаются поддоны, исключающие попадание воды под настил из насосов при их вскрытии.

Передача подсланевых нефтесодержащих вод на суда-сборщики или на специализированное очистное судно должна производиться по специально предназначенным для этой цели трубопроводам и шлангам. Использовать трубопроводы и шланги, предназначенные для сточных вод, запрещается.

Судну, сдавшему подсланевые нефтесодержащие воды на внесудовое водоохранное техническое средство, последним выдается справка. В справке указывается дата, время передачи и количество переданных подсланевых вод. Справка о сдаче подсланевых нефтесодержащих вод хранится на судне до следующей навигации и предъявляется органам государственного надзора по их требованию.

Антропогенное воздействие на водные ресурсы загрязнения, изъятие, эвтрофикация водоёмов. Экологические проблемы морей, рек Арала, Байкала.

Гидросфера —
водная оболочка Земли; масса (1,5-2,5)*1018
тонн; находится в виде паров и облаков,
океанов и морей (91,3% массы), ледников,
подземных вод. Вода в природных условиях
всегда содержит растворенные соли,
газы, органические вещества. При
концентрации солей до 1г/кг вода считается
пресной, до 25 г/кг – солоноватой, более
25 г/кг – соленой. В пресных водах обычно
преобладают ионы HCO3(-),
Ca(2+), Mg(2+). По мере роста минерализации
увеличивается концентрация SO4(-),
Cl(-), Na(+), K(+). Пресная вода — 1% от общей
массы.

Загрязнение
вод проявляется в изменении физических
и органических свойств, увеличении
содержания сульфатов, хлоридов, нитратов,
токсичных тяжелых металлов, сокращении
растворенного в воде кислорода, появлении
радиоактивных элементов, болезнетворных
бактерий и других загрязнителей.

Загрязнители:

химические.
В этом виде участвуют все виды
промышленного, с/х производства,
транспорт. Представляет собой изменение
естественных химических свойств воды
из-за увеличения в ней вредных примесей
как неорганической. (кислоты, щелочи,
соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины,
тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и
нитритный азот)
биологические.
Вызывается микроорганизмами и способными
к брожению органическими веществами,
приводит к бактериологическому
заражению. (вирусы, бактерии, другие
болезнетворные организмы, водоросли,
дрожжевые и плесневые грибы)
физические.
Связано со сбросом тепла в воду, что
приводит к потрясению всего биоценоза
водоемов. Источником служат подогретые
сбросные воды ТЭЦ и промышленности;
повышение температуры изменяет
естественные условия для водных
организмов, снижает количество
растворенного кислорода, изменяет
скорость обмена веществ. Также к
физическому загрязнению относятся
радиоактивное загрязнение вод, попадание
различных взвесей в водные системы.
(радиоактивные элементы, взвешенные
твердые частицы, тепло, органолептические
(цвет, запах), шлам, песок, ил, глина)

Загрязнители:

Целлюлозно-бумажный
комплекс, деревообработка: органические
вещества (смолы, жиры, лигнины, фенол),
аммонийный азот, сульфаты, вывешенные
вещества.
Нефтегазодобыча:
нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийный
азот, сульфиды.
Машиностроение,
металлообработка, металлургия: тяжелые
металлы, взвешенные вещества, цианиды,
аммонийный азот, нефтепродукты, смолы,
фенолы, фотореагенты.
Химическая,
нефтехимическая промышленность: фенолы,
нефтепродукты, СПАВ, полициклические
ароматические углеводороды, бензапирен,
взвешенные вещества.
Горнодобывающая,
угольная: флотореагенты, минеральные
взвешенные вещества, фенолы.
Легкая, текстильная,
пищевая: СПАВ, нефтепродукты, органические
красители, органические вещества.

Более
половины (56%) воды, используемой в
хозяйстве, возвращается в природную
среду в виде загрязненных сточных вод.
Основную ответственность за загрязнение
природных вод несут: машиностроение,
включая судостроение и судоремонт (39%
от общего поступления загрязняющих
веществ), коммунальное хозяйство (37%),
цветная металлургия (7%) и сельское
хозяйство (8% без учета смывов пестицидов
и минеральных удобрений).

Водоемы значительно
загрязняются при сбросе сточных вод,
содержащих большое количество
органического вещества. В таких водах
быстро размножаются грибы и бактерии,
что приводит к изменению структуры
животного сообщества и к уменьшению
содержания растворенного в воде
кислорода. Биологическое потребление
кислорода (БПК) является одним из
важнейших критериев уровня загрязнения
водоема органическими веществами. Он
определяет количество кислорода,
необходимое для разложения органических
загрязняющих веществ.

Эвтрофикация
— повышение уровня первичной продуктивности
водоемов из-за повышения в них концентрации
биогенных веществ, в основном азота и
фосфора; часто приводит к цветению вод.

Основные виды загрязнителей

Состав сточных жидкостей определяется наличием в них загрязнителей:

биологических;
химических;
минеральных.

К первым причисляют микробы (вирусы и бактерии), дрожжевые и водорослевые культуры, грибки и растительность. Загрязняющими химическими примесями становятся продукты нефтепереработки, ПАВ, пестициды, тяжелые металлы, диоксины, фенолы, азотные соединения. Земля, шлак, песок, ил – примеси минеральной природы.

В составе жидкостей также выделяют консервативные и неконсервативные загрязняющие примеси. Первые не вступают в химические реакции, не разлагаются при проведении биоочистки. Неконсервативные примеси удаляются из стоков посредством самоочистных биопроцессов.

Хозяйственно-бытовые стоки

Хозяйственные и бытовые сточные воды образуются в результате ежедневной жизнедеятельности человека – бытовой и физиологической. Они отводятся по системе общественной канализации.

Их состав: коллоидные растворы и нерастворенная в воде органика встречаются в различной концентрации.

Они бывают фекальные и хозяйственные.

Хозяйственно-бытовые стоки есть и будут всегда. Это вода, которая сливается в канализацию после того, как человек умоется, почистит зубы, примет душ, сходит в туалет. Ежедневно мы готовим себе пищу, моем продукты, использованную посуду, мы стираем белье, убираем дом. Без воды этого сделать невозможно.

Сюда же отнесем результаты работы предприятий общественного питания, детских учреждений, больниц и санаториев, всех иных мест, где есть скопление народа – от вокзалов до магазинов, от бань до спортивных залов.

Таким образом в сточные воды попадают жиры, белковые, углеводные остатки, продукты гниения и разложения.

В бытовых стоках содержится 45-58% органических веществ. Последние определяют основные физические и химико-биологические характеристики бытовой канализации:

Мутные, непрозрачные, серовато-белесого цвета с характерным запахом фекалий.
Содержат минеральные и органические остатки.
Представляют собой частично коллоидное и состояние раствора.
Большая доля патогенных микробов, бактерий, вирусов. Также содержат грибки, гнили, плесень, дрожжи, гельминты.
Кислотность выше нейтральной – рН 7,2-7,8.

Наибольшую опасность представляют грибок, бактерии, гельминты. Из неорганических вред экологии наносят соли, входящие в состав чистящих и моющих средств бытовой химии.

Классификация сточных вод

Сточные воды могут быть классифицированы по следующим признакам:

по источнику происхождения:
- производственные (промышленные) сточные воды (образующиеся в технологических процессах при производстве или добыче полезных ископаемых), отводятся через систему промышленной или общесплавной канализации
- бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды (образующиеся в жилых помещениях, а также в бытовых помещениях на производстве, например, душевые кабины, туалеты), отводятся через систему хозяйственно-бытовой или общесплавной канализации
- поверхностные сточные воды (делятся на дождевые и талые, то есть образующиеся при таянии снега, льда, града), отводятся как правило через систему ливневой канализации. Так же могут называться «ливневые стоки»

Производственные сточные воды, в отличие от атмосферных и бытовых, не имеют постоянного состава и могут быть разделены:

по составу загрязнителей на
:
- загрязнённые по преимуществу минеральными примесями
- загрязнённые по преимуществу органическими примесями
- загрязнённые как минеральными, так и органическими примесями
по концентрации загрязняющих веществ
:
- с содержанием примесей 1—500 мг/л
- с содержанием примесей 500—5000 мг/л
- с содержанием примесей 5000—30000 мг/л
- с содержанием примесей более 30000 мг/л
по свойствам загрязнителей
по кислотности
:
- неагрессивные (pH 6,5—8)
- слабоагрессивные (слабощелочные — pH 8—9 и слабокислые — pH 6—6,5)
- сильноагрессивные (сильнощелочные — pH>9 и сильнокислые — pH
по токсическому действию и действию загрязнителей на водные объекты
:
- содержащие вещества, влияющие на общесанитарное состояние водоёма (напр., на скорость процессов самоочищения)
- содержащие вещества, изменяющие органолептические свойства (вкус, запах и др.)
- содержащие вещества, токсичные для человека и обитающих в водоёмах животных и растений

Глава 2. Истощение и загрязнение водоемов.

Населенные пункты

Наиболее известным источником загрязнения воды, которому традиционно уделяется главное внимание, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Водопотребление городов обычно оценивают на основе среднего суточного расхода воды на одного человека, в США равного примерно 750 л и включающего воду питьевую, для приготовления пищи и личной гигиены, для работы бытовых сантехнических устройств, а также для полива лужаек и газонов, тушения пожаров, мытья улиц и других городских нужд

Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.

В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.

1. Виды сточных вод

В
городах и других населённых пунктах
образуются жидкие загрязнения различного
характера. К ним относятся физиологические
выделения человека и животных, вода из
бань, прачечных, от мытья помещений,
улиц и т.п.

При
наличии производственных предприятий
к ним добавляются загрязнения,
образовавшиеся в результате технологических
процессов, разбавленные водой в той или
иной степени.

Исходя
из этого можно сказать, что сточные воды
(стоки) – это жидкости, которые были
использованы человеком для удовлетворения
тех или иных нужд и получили при этом
дополнительные примеси (загрязняющие
вещества), изменившие их химический
состав и физические свойства. В зависимости
от происхождения их можно разделить на
следующие группы (рис. 1.1): бытовые
(хозяйственно-фекальные), производственные
и атмосферные.

Рис.
1.1. Классификация сточных вод в зависимости
от их образования

Бытовые
сточные воды подразделяют по природе
их образования на фекальные (загрязнённые
в основном физиологическими отходами)
и хозяйственные (поступающие из бань,
раковин, прачечных и т.д.). Состав бытовых
вод в целом однообразен и характеризуется
количественным содержанием органических
веществ в растворенном и нерастворенном
состоянии.

Производственные
сточные воды образуются в результате
использования воды в технологических
процессах. Состав (качественный и
количественный) этих вод крайне
разнообразен и зависит от характера
производства, вида выпускаемой продукции
и особенностей технологических процессов.
Производственные сточные воды в
зависимости от количества содержащихся
примесей подразделяются на загрязненные
(подлежат обязательной обработке перед
сбросом в водоём или водоотводящую сеть
населенного пункта, а также перед их
повторным использованием) и условно
чистые (могут отводиться в водный объект
или водоотводящую сеть населенного
пункта, а также использоваться повторно
без предварительной обработки).

Кроме того, сточные
воды от промышленных предприятий можно
представить двумя категориями стоков:

технические,
использовавшиеся для обеспечения
работы технологического оборудования;
технологические,
которые были задействованы непосредственно
в технологических процессах.

Атмосферные
сточные воды являются результатом
выпадения дождей, таяния снегов; они
содержат преимущественно минеральные
загрязнения и, в меньшей степени,
органические. Их подразделяют,
соответственно, на дождевые и талые. К
ним также относят воду, использованную
для мытья улиц и зданий.

В
последнее время новым источником
загрязнения водоёмов стало сельское
хозяйство. Это связано с применением
минеральных и органических удобрений,
ядохимикатов и т.п.

Кроме
того, можно выделить ещё одну группу
сточных вод, так называемые смешанные
сточные воды. Они образуются в результате
перемешивания перечисленных выше видов
сточных вод в системах канализации.

Классификация сточных вод

Сточная вода – это
вода бывшая в употреблении, а также вода, прошедшая какую-либо загрязненную территорию.

В зависимости от
условий образования сточные воды делятся на производственные,
хозяйственно-бытовые, и атмосферные (или поверхностные).

Загрязняющие
вещества по физическому состоянию можно разделить

—
на
нерастворимые,

—
на
растворимые,

—
на
коллоидные примеси.

По биохимическому
составу загрязнения делятся на минеральные, органические и биологические.

К минеральным
относятся – песок, глина (глинистые частицы), частицы руды, шлака,
минеральных солей и другие.

Органические подразделяются по
своему происхождению на растительные и животные. Растительные – это остатки
растений, плодов, овощей, злаков, растительного масла и т.п. Органические
загрязнения животного происхождения – это физиологические выделения людей и
животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и другие.

Бактериальные
и биологические вносятся, главным образом, бытовыми сточными водами и стоками некоторых
промышленных предприятий (кожевенные заводы, фабрики первичной обработки
шерсти, предприятия микробиологической промышленности и т.п.). По степени
агрессивности производственные сточные воды разделяют на слабоагрессивные
(слабокислые и слабощелочные), сильноагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные)
и неагрессивные.

Производственные сточные
воды образуются в
результате использования воды в технологических процессах. Их количество и
состав определяются типом предприятия, его мощностью, видами используемых
технологических процессов, от состава исходной свежей воды и от местных
условий, схемы водообеспечения водоотведения промышленных предприятий.

Производственные сточные воды
содержат различные примеси и подразделяются на три группы:

1) Загрязненные
преимущественно минеральными примесями (металлургическая, машиностроительная, рудо-
и угледобывающая промышленность, заводы по производству минеральных удобрений,
кислот, строительных материалов).

2) Загрязненные
преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной,
пищевой, целлюлозно-бумажной, химической, микробиологической промышленности,
заводы по производству пластмасс, каучука).

3) Загрязненные минеральными
и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей,
нефтехимической, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности, заводы
по производству сахара, продуктов органического синтеза, витаминов, консервов).

Хозяйственно-бытовые – это стоки столовых, бань, прачечных,
туалетов и другие. В бытовых сточных водах органические вещества в загрязнениях
составляют примерно 58 % и минеральные – 42
%.

Атмосферные
сточные воды образуются в результате
выпадения атмосферных осадков и стекающие с территорий предприятий. Они
загрязняются органическими и минеральными веществами.

На территории промышленных
предприятий образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные и
производственные.

Например, машиностроительные
предприятия используют воду:

— на охлаждение (подогрев) исходных материалов и продукции, деталей и
узлов технологического оборудования;

— приготовление различных
технологических растворов;

— промывку, обогащение,
очистку исходных материалов или продукции;

— хозяйственно-бытовое
обслуживание.

Бытовые сточные воды
предприятий образуются при эксплуатации на его территории душевых, туалетов,
прачечных и столовых.

Поверхностные сточные воды
промышленных предприятий образуются в результате смывания дождевой, талой и
поливочной водой примесей скапливающихся на крышах и стенах производственных
зданий и на территории предприятия. Основными примесями этих вод являются
твердые частицы (песок, камень, стружки и опилки, пыль, сажа, остатки растений
и деревьев и т.п.), нефтепродукты (масла, бензин, керосин), используемые в
двигателях транспортных средств, а также органические и минеральные удобрения,
используемые в заводских скверах, цветниках и теплицах.

Большое
количество забираемой для обеспечения промышленных предприятий воды
возвращается в водоемы с различной степенью загрязнения.

Состав

В бытовых сточных водах загрязнители постоянно одни и те же. Состав таких вод приблизительно одинаковый, но всё-таки концентрация отдельных веществ может колебаться, отображая бытовой режим пользующихся системой канализации. И только длительный и регулярный отбор этих стоков на анализы, может дать те средние показатели состава, которые будут считаться действительными.

Уровень загрязнения стоков можно высчитать, если концентрацию осадков и примесей (исчисляются в массе) поделить на единицу объёма — г/м3.

Со сточными водами в канализацию поступают неорганические и органические компоненты, имеющие взвешенные частицы, коллоиды, растворы. А также есть патогенные бактерии, яйца гельминтов, цисты простейших, грибки. Даже в период, когда эпидемий нет, сточные воды бытовой категории могут содержать в составе кишечную палочку, дизентерию и другие, а также вирусы. Несмотря на то что стоки загрязнены преимущественно органическими веществами, следует правильно их утилизировать. Это снизит санитарную опасность при попадании их в водоёмы.

Этот характер загрязнений иногда могут иметь и производственные стоки, когда это отходы скотобоен и мясокомбинатов.

Промышленные стоки не могут иметь даже приблизительного состава, поскольку производство на заводах кардинально отличается между собой, и всё зависит от технологии изготовления изделий. Атмосферные сточные воды зависят от климата определённой местности, рельефа, а также архитектуры и материала строительства дорог.