Біогенне та біологічне забруднення води
Біогенне забруднення води – ії забруднення сполуками азоту,
калію і фосфору, які використовуються деякими видами рослин і організмів, що існують у воді, для будови свого тіла, або збільшення його маси. У деяких живих організмах ці сполуки викликають різкі зрушення в процесах обміну речовин і вони гинуть, або спонтанно размножуються.
Велика кількість сполук азоту, калію і фосфору міститься у господарчо-фекальних комунальних стоках і стоках тваринницьких комплексів, в які потрапляє сеча та гній худоби. Велику шкоду водним об'єктам наносять також туалети, побудовані поблизу водойм на узбережжях, пляжах , в місцях відпочинку людей, в домах відпочинку, санаторіях і т. ін. Концентровані забруднення можуть стікати безпосередньо у водоймище по поверхні землі, або дренувати в нього через грунт, особливо коли він піщаний.
Азот-, калій- і фосфоровміщуючи стічні води утворюються також, якщо на поля удобрені азотними, калійними чи фосфоряними добривами випадають інтенсивні опади, які вимивають з грунту ці речовини, розчиняють їх і переносять у водоймища.
І хоча самі по собі фосфор, калій і азот не отруйні, вони призводять до тяжких наслідків, потрапляючи в водні екосистеми, бо сприяють бурхливому розвитку синьо-зелених і бурих водоростей, які споживають велику кількість кисню і т.ч. значно зменшують його вміст у воді. Особливо це відчутно для водних живих організмів у спеку, коли розчинність кисню набагато знижується.
Це призводить до загибелі риб, фітопланктону, інших живих організмів. У великій кількості відмирають синьо-зелені і бурі водорості, значно збільшуючи масу відмерлої органіки. Це активізує життєдіяльність редуцентних водних мікроорганізмів. Вони швидко розмножуються, інтенсифікують процеси розкладення змертвілої органіки. В результаті цих процесів у воду виділяються сірководень, метан, які є дуже токсичні для багатьох живих організмів.
Наявність цих газів у воді спричиняє загибель ще незагиблих риб, молюсків, інших мешканців водоймища і воно стає мертвим.
У річках зі швидкою течією ці процеси проходять повільно і більш м'яко завдяки великому коефіцієнт розчинення біогенних забруднень, а в рівнинних невеличких річечках, де швидкість води незначна, ці процеси більш помітні. Річище поступово заростає повністю очеретом і водоростями, зникають раки і риби, збільшується кількість гнилого вонючого мулу. Замулюються джерела, що живлять річечку і вона висихає.
Щорічний винос фосфору в океан – 62 млн.т/рік, азоту ~ 45 млн.т/рік , калію ~ 20 млн.т/рік.
Біологічне забруднення води призводить до різноманітних захворювань людей. Причиною захворювань є віруси, хвороботворні мікроорганізми, гельменти глистів, найпростіші одно- і багатоклітинні організми.
Найбільш небеспечні – збудники інфеційних захворювань. Вони мають різну стійкість в довкіллі. Одни існують поза організмом людини лиш кілька годин, інші виживають в умовах довкілля кілька місяців і років. Для третіх навколишнє середовище – природне місце існування. Для четвертих – середовище існування – організми тварин, риб.
Особливо забрудненими бувають водойми із слабкою течією, або із стоячою водою. Іноді хвороботворні мікроорганізми проникають в грунтові води і є причиною захворювань людей холерою, черевним тифом, дизентирією.
В тропічних країнах через воду повсюджується такі хвороби як амебиаз, шистоматоз та інші.
Дуже небезпечною є хвороба лептоспіроз, що теж уражає людей через воду. Збудником хвороби є мікроорганізм, який існує в організмі польових мишей, що живуть біля водойм. З сечею гризунів хвороба потрапляє у воду, а звідти – до людини.
Тому всю воду, яку споживають люди, потрібно попередньо очищувати і знезаражувати при централізованому водопостачанні, або ж обов'язково кип'ятити.
Обробка води фізико-хімічними методами перед ії вживанням називається водопідготовкою.
2. Водопідготовка та забезпечення людства питною водою
Водопідготовка. Бурхливий ріст міст і промисловості, інтенсифікація сільського господарства, значне розширення площ зрошуваних земель, покращення культурно-побутових умов і ряд інших факторів все більше ускладнюють проблеми забеспечення людства водою.
Потреби у воді величезні і щорічно зростають. Щорічна витрата води на
Землі по всім видам водоспоживання становить 3300-3500 км3. При цьому ~ 70 % води використовується в сільському господарстві, ~ 20 % - в промисловості і
~ 10 % - для задоволення потреб населення.
Близько 80 % всієї використаної води повертається в ріки у вигляді стічних вод, які змінюють якість природної води, що робить неможливим її повторне використання без попереднього кондиціювання на станціях водопідготовки.
Поверхневі води (води річок, озер, водосховищ) мають великий діапазон в якісних показниках, які залежать від структури і складу грунтів і пород, по яких проходять рячища, або де розташовані ложа водоймищ, а також від складу і кількості стоків, що скидаються в них з очисних споруд міст і підприємств, або ж скидаються без очищення, від коєфіцієнту розбавлення стоків.
Поверхневі води класифікуються:
- по мінералізації (кількості розчинених солей)
а) дуже малої - до 100 мг/дм3;
б) малої – 100-200 мг/дм3;
в) середньої – 200-500 мг/дм3;
г) підвищеної – 500-100 мг/дм3;
д) високої > 1000 мг/дм3;
- по наявності гумусових речовин (підфарбовуючих)
а) малоколірні – до 35 град.;
б) середньої колірності – 35-120 град.;
в) високої колірності – >120 град.
- по кількості завислих речовин
а) малокаламутні – до 50 мг/дм3;
б) середньої каламутності – 50-250 мг/дм3;
в) каламутні – 250-1000 мг/дм3;
г) висококаламутні - 1000 мг/дм3;
- по ступеню бактеріального забруднення (по колі-індексу)
а) сильно забруднені – >10000 кишкових паличок на 1 дм3;
б) забруднені - >1000 кишкових паличок на 1 дм3;
в) мало забруднені - >100 кишкових паличок на 1 дм3;
г) задовільні - >10 кишкових паличок на 1 дм3;
д) добрі – до3 кишкових паличок на 1 дм3.
Особливо небезпечними для водоймищ є стоки, що містять білки, жири, вуглеводи, органічні кислоти, ефіри, феноли, спирти, нафтопродукти та інші органічні сполуки, які при розкладенні їх мікроорганізмами виділяють у воду нітрати, фосфати, сірководень, аміак та інші прості органічні продукти. Ці сполуки дуже шкідливі для живих організмів водних біогеоценозів і для людини. Так, при вживанні питної води з нітратами, концентрація яких більш як 45 мг/дм3 в організмі людини синтезується нітрозаміни, які сприяють утворенню злоякісних пухлин в шлунку, в ШКТ.
Питна вода повинна бути безпечною для здоров'я людини. Основні показники води питного призначення повинні відповідати вимогам ГОСТ 2874-86 "Вода питна" та
СанПін 4630-88
| каламутність – до 1.5 мг/дм3; запах – до 2 балів; сульфати – до 500 мг/дм3; рН – 6.5-8.5 ; фтор – до 1.5 мг/дм3; марганець – до 0.1 мг/дм3; молібден – до 0.05 мг/дм3; свинець – до 0.1 мг/дм3; стронцій – до 2 мг/дм3; мідь - 1 мг/дм3; гексаметофосфат – до 3.5 мг/л; триполіфосфат – до 3.5 мг/л; загальна кількість бактерій в 1 дм3 – до 105 шт.; колі-індекс – до 3; нафтопродукти – до 0.3 мг/дм3; | Колірність – до 20 град.; Хлориди – до 350 мг/дм3; Залишковий Al – до 0.5 мг/дм3; Загальна жорсткість – 7(мг-екв/дм3); залізо – до 0.3 мг/дм3; берилій - до 0.0002 мг/дм3; миш'як - до 0.05 мг/дм3; селен - до 0.001 мг/дм3; радій - до 1.2x10-10 Кu/дм3; цинк – до 5 мг/дм3; цезій – до 4х10-10 Кu /дм3; нітрати – до 45 мг/дм3; хлороформ – до 0.06 мг/дм3; C Cl4 - до 0.006 мг/дм3; феноли - до 0.001 мг/дм3. |
Обробка води з метою підготовки до вживання – це комплекс фізичних, хімічних і біологічних методів зміненняїї вихідного складу.
Всі методи обробки води класифікуються по групам:
- покращення органолептичних показників – запаху, колірності. Це досягається за
допомогою освітлення, дезодорації, знецвічування;
- забезпечення епідеміологічної безпеки (хлорувння, озонування, ультрафіолетове
опромінення);
- кондиціювання мінерального складу (фторування, збезфторювання, вилучення
іонів важких металів, деманганація, збеззалізювання, пом'якшення або
збезсолення і т. ін.).
Метод обробки води вибирають на основі попреднього вивчення складу і властивостей води, ждерела водопостачання і порівняння з вимогами споживача.
В багатьох випадках один метод не забезпечує потрібну якість води, тоді його доповнюють іншими, узгоджують їх послідовність, розраховують пропускну спроможність окремих вузлів, визначають кількість обладнання, необхідного для забезпечення необхідної потужності станції водопідготовки.
Комплект обладнання і агрегатів та послідовність їх розташування – технологічна схема.
Класифікація технологічних схем водопідготовки:
а) реагентні і безреагентні схеми.
Процеси, що проходять з використанням реагентів (коагуляція, флокуляція) протікають набагато інтенсивніше і значно ефективніше. Так для осаджування змулених речовин з допомогою коагулянтів потрібно 2-4 год, а без них кілька діб. Фільтрування коагульованих осадів протікає зі швидкістю 5-12 м/год, а некоагульованих – 0.1-0.3 м/год. Водоочисні споруди, на яких передбачено використання реагентів значно компактніше і дешевше, але складніші в експлуатаціі.
Безреагентні схеми (з гідроциклонами, намивними і повільними фільтрами) використовують при невисокій потужності і забрудненості природної води (колірність до 50 град, завислих до 100 мг/дм3). В таких схемах використовують один відетійник або один фільтр (грубозернистий чи мікрофільтр)
б) Повного (глибокого), або неповного (грубого) освітлення
Глибокому освітленню підлягають води питного призначення.
Неповне освітлення води використовують при підготовці технічної води (для поливання вулиць).
в) Одно-двох-багатоступеневі схеми
Кількість технологічних процесів і їх ступенів залежить від вимог споживача до води і якості води джерела водопостачання.
г) Напорні і безнапорні (само тічні) схеми
Напорні схеми (подача води і пересування її по схемі відбувається за допомогою насосів) використовуються на малопотужних станціях водопідготовки напорні повинні бути герметичні.
На крупних станціях водопідготовки використовують безнапорні схеми. Насоси подають воду лише із ждерела до найвищої в схемі точки – в усереднювач, а із нього вода самотоком проходить всі інші вузли схеми, які послідовно позташовані один нижче за іншу, а після останнього фільтру насосна станція 2-го підйому подає воду споживачам.
Загальна схема водопідготовки включає таки вузли:
- насосну станцію 1-го підйому. Її завдання – подати воду із річки на усереднювач.
- усереднювач. В ньому усереднюються властивості води (колірність, каламутність, бактеріологічний склад і т.ін.). В деяких схемах в усереднювач подають хлор, або хлорну воду для знезараження природної води.
- змішувач. В ньому вода змішується з реагентами, розчини яких готуються на окремому вузлі.
- відстійник з камерою пластівцеутворення. В камері утворюються пластівці, які випадаютьв осад у відстійнику. Верхній шар води освітдюється і подається на швидкий фільтр.
При необхідності перед фільтруванням воду можуть повторно обробити хлором.
- фільтр. Очищає воду від можливого виносу осаду.
- насосну станцію 2-го підйому. Подає воду споживачам.
- хлораторну.
- вузол підготовки реагентів.
При потребі в додатковій обробці води (фторування, деманганація, збезсолення та ін.), схема водопідготовки доповнюється відповідними вузлами, місце яких в схемі визначається доцільністю. Хлор і озон разом не використовують, щоб не утворювались хлордиоксини.