Вода и жизнь на Земле - Новиков Юрий Федорович

Предприятие комплексного использования сырья, технология безотходного производства обеспечивают государству двойную выгоду: резкое повышение эффективности капиталовложений и столь же резкое снижение затрат на строительство дорогостоящих очистных сооружений. Ведь комплексная переработка сырья на одном предприятии всегда дешевле, чем получение тех же продуктов на разных. А безотходная технология снимает с повестки дня опасность загрязнения окружающей среды.

Широкое внедрение качественно новой технологии безотходного производства должно стать одной из важнейших задач долгосрочного плана развития народного хозяйства нашей страны. Необходимо добиться такого положения, чтобы в ближайшие 10–20 лет все предприятия, и в первую очередь заводы химической, целлюлозно-бумажной и горно-обогатительной промышленности, работали по технологии комплексной безотходной переработки сырья. Больше того, это условие должно быть обязательным для предприятий, размещаемых в густонаселенных районах страны. Надо признать весьма целесообразным и перевод на безотходную технологию ряда химических, нефтеперегонных и горно-обогатительных заводов, которые действуют в непосредственной близости от городов и сбрасывают свои отходы в реки и водоемы.

Разработка и широкое применение качественно новой технологии, исключающей отходы производства, — актуальная задача современности.

Очистка сточных вод

Одним из существенных мероприятий по охране водоемов является канализация. Под канализацией понимают комплекс санитарных мероприятий и инженерных сооружений, обеспечивающих сбор и быстрое удаление за пределы населенных мест и промышленных предприятий загрязненных сточных вод, их очистку, обезвреживание и обеззараживание. Методы очистки бытовых сточных вод подразделяются на механические и биологические. При механической очистке сточных вод происходит разделение их жидкой и твердой фаз. Для этой цели применяются решетки, песколовки, различные отстойники и т. д. Жидкая часть сточных вод подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка сточных вод осуществляется на полях фильтрации, полях орошения, в биологических прудах и т. п. Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения — биофильтры, аэротенки. Обработка ила производится на иловых площадках или в метантенках.

Разнообразны сооружения для механической очистки сточных вод. Прежде всего, это — решетки, которые задерживают крупные загрязнения в сточной воде. Песколовки улавливают в ней минеральные примеси. Необходимость предварительной их задержки обусловливается тем, что при раздельном выделении из сточной жидкости минеральных и органических загрязнений облегчаются условия эксплуатации сооружений, служащих для дальнейшей очистки отстойников, метантенков и др. Принцип действия песколовки не сложен: частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения вместе с водой в резервуаре выпадают на дно. Отстойники в зависимости от своего назначения подразделяются на первичные и вторичные. Первичные обычно устанавливаются до сооружений биологической обработки сточных вод, вторичные — после этих сооружений. По конструктивным признакам отстойники подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Первичные отстойники практически могут обеспечить эффект осветления жидкости не более чем на 60 %, чаще он колеблется в пределах 30–50 %. Эффективность отстаивания можно повысить предварительной аэрацией: продуть сточную жидкость перед отстойниками воздухом в течение 10–20 мин. Если одновременно с аэрацией добавляют избыточный активный ил и биопленку из вторичных отстойников, то этот процесс называется биокоагуляцией.

Разнообразны сооружения для обработки осадка сточных вод. Это — септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегреватели, метантенки, иловые площадки. Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходит осветление сточной жидкости и длительное хранение и перегнивание выпавшего осадка. Осадок хранится от 6 до 12 месяцев, затем под влиянием накопившихся в нем анаэробных микроорганизмов разрушается, а нерастворимые органические вещества превращаются в газообразный продукт или в растворимые минеральные соединения. Сточную жидкость осветляют в септиках длительное время (от 1 до 3 суток), но при этом достигается высокий эффект осветления.

Двухъярусные отстойники применяют для небольших и средних очистных станций производительностью до 10 тыс. м3/сут. Осадок, выпавший в иловую камеру, сбраживается под влиянием анаэробных бактерий, которые расщепляют сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) первоначально до кислот жирного ряда, а в дальнейшем и до конечных, более простых продуктов: газов метана, углекислоты и частично сероводорода. Сероводород при щелочном брожении связывается в растворе с железом, образуя сернистое железо, окрашивающее осадок в черный цвет.

Метантенк представляет собой цилиндрический или прямоугольный железобетонный резервуар с коническим днищем, предназначенный для сбраживания осадка. Получающийся в результате брожения газ собирается в газовом колпаке, расположенном в верхней части газонепроницаемого перекрытия, и затем отводится для дальнейшего использования. Чтобы ускорить процессы брожения, в метантенке используют различные приемы, в частности подогрев или его перемешивание. Осадок подогревают обычно до температуры 33° или 55 °C, вводом в метантенк острого пара посредством эжектируемых устройств или водой, разогретой до 60 °C и циркулирующей по змеевикам, уложенным внутри метантенка, а также в наружных теплообменных аппаратах. Сброженный осадок имеет высокую влажность (96–97 %) и для дальнейшего использования его необходимо подсушить. Существуют различные приемы сушки осадка: самый распространенный — сушка на иловых площадках — спланированных участках земли (картах), окруженных со всех сторон земляными валиками. Здесь осадок может быть подсушен в среднем до влажности 75 %, вследствие чего его объем уменьшается в 3–8 раз.

Иловые площадки обычно устраивают на естественном основании с дренажем или без дренажа при условии залегания грунтовых вод на глубине, не меньшей 1,5 м от поверхности карт. Но случается, что и при хороших грунтах не исключается опасность загрязнения грунтовой воды. Тогда площадку устраивают на искусственном основании, препятствующем попаданию профильтровавшейся загрязненной воды в грунтовой поток. Если грунт под иловыми площадками плотный и водонепроницаемый (суглинок, глина), то они сооружаются на естественном основании со специально устроенным трубчатым дренажем, уложенным в канавы, заполненные щебнем.

С целью механизированной уборки, погрузки и транспортирования подсушенного осадка на иловых площадках устраивают дороги для проезда автотранспорта и механизмов, а также съезды на карты.

Земледельческие поля орошения предназначаются для круглосуточного и круглогодичного обезвреживания сточных вод, используемых для полива и удобрения сельскохозяйственных культур. Однако такие поля нельзя создавать на территориях, находящихся в пределах I и II поясов зоны санитарной охраны источников; в непосредственной близости от выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород и карстов, не перекрытых водоупорным слоем; в местах со стоянием грунтовых вод на глубине менее 1,25 м от поверхности. При организации полей орошения необходимо предусмотреть устройство резервных полей фильтрации (25–30 % площади орошаемой территории) для приема сточных вод в неблагоприятные периоды года, во время уборки урожая и в других случаях, когда сточные воды не могут быть использованы для полива.

На земледельческих полях орошения можно выращивать технические, зерновые, кормовые и силосные культуры, однолетние и многолетние травы, овощи, употребляемые в пищу после термической обработки (свекла, тыква, кабачки, баклажаны и т. д.), сорта капусты, не применяемые для салата в свежем виде, картофель, плодоягодные и декоративные насаждения и т. п. В то же время запрещается сажать овощные культуры, идущие в пищу без термической обработки (морковь, петрушка, брюква, репа, редис, лук, сельдерей, огурцы, помидоры, салат и др.), а также бахчевые (арбузы, дыни) и ягоды (землянику и клубнику). При сборе урожая с орошаемых участков нельзя складывать овощи на землю. Их следует укладывать или непосредственно в тару, или на специальную подстилку.