В хозяйственной деятельности людей различают водопотребление и водопользование. Для водопотребления воду берут из рек и озер, по водопроводам подают к населенным пунктам и производственным объектам. Главными потребителями воды являются легкая и тяжелая промышленность, а также сельское хозяйство. Кроме этого воду потребляют для хозяйственно-бытовых целей. При водопользовании воду используют без изъятия из мест локализации. Наиболее крупные водопользователи гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство и курортные зоны отдыха.
Использование воды для получения огромного количества продуктов в различных сферах человеческой деятельности сопровождается образованием сточных вод, загрязненных различными неорганическими и органическими веществами. Сточные воды классифицируются на: производственные, бытовые и атмосферные. Производственные сточные воды, образуются при технологических процессах, а также при производстве или добыче полезных ископаемых. Бытовые сточные воды образуются в местах компактного проживания людей и содержат органические и минеральные вещества. Атмосферные сточные воды образуются при осадках и подразделяются на дождевые и талые. Они загрязнены минеральными и органическими взвесями и веществами, которые смываются с поверхности почвы и дорожных покрытий.
Сброс неочищенных сточных вод в природные экосистемы отрицательно сказывается на окружающей среде. В водоемах, куда сбрасывают сточные воды, уменьшается содержание в воде растворенного кислорода, изменяется рН среда, прозрачность и цветность и так далее, что отрицательно влияет на состояние живых организмов. Комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в промышленных и бытовых стоках, называется очисткой сточных вод и включает в себя три взаимосвязанных этапа: механический, биологический и физико-химический. Очистку сточных вод проводят с целью удаления из них взвешанных и растворимых неорганических веществ и органических соединений до концентраций, которые не превышают предельно допустимые нормы. Чем ниже содержание загрязнений в очищенной воде, тем выше ее качество.
Механический этап очистки воды применяется для отделения из бытовых и промышленных стоков, крупных и взвешанных частиц, путем процеживания, отстаивания и фильтрации. После этапа механической фильтрации сточные воды попадают на биологическую очистку. Принцип биологической очистки воды основан на способности микроорганизмов разлагать сложные органические соединения с помощью биохимических превращений, в результате чего образуются простые вещества – вода, углекислый газ, метан и сероводород. Содержащиеся в сточных водах органические вещества, являются источниками энергии для бактерий и простейших организмов. Сточные воды включают в себя нитраты, аммиак, аминокислоты содержащие азот, который обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмам. Фосфор и калий добывается бактериями из минеральных солей.
Специалисты выделяют две большие группы методов биологической очистки сточных вод: искусственные и естественные. Для реализации искусственных методов используются сооружения, созданные человеком. В них помещаются аэробные и анаэробные микроорганизмы и обеспечиваются благоприятные условия для переработки загрязнений. Чтобы поддерживать процессы, нужно все время вносить активные микрорганизмы. По характеру использумых микроорганизмов, аэробные и анаэробные способы очистки сточных вод классифицируются на системы: с активным илом, биопленкой и комбинированные. Видовой состав и структура системы позволяют сохранять необходимые условия в экосистеме. Активный ил представляет собой биоценоз колоний бактерий и твердых частиц неорганической природы. В активном иле, кроме бактерий встречаются дрожжи, плесневые грибы, простейшие и коловратки. Естественные же водные экосистемы используются для конечной очистки сточных вод. После биологической очистки воду спускают в водоемы. Здесь используются процессы, протекающие в природной среде. Остатки загрязнений окончательно минерализуются и трансформируются.
В природе аэробные бактерии запускают процессы окисления и нитрофикации. Для этого им нужен кислород. Микрорганизмы живут в диапазоне температур от +9 до +28 ºС и рН среды 5,0 — 7,0. Это бактерии группы: псевдоманады, нитрифицирующие, серобактерии, тионовые бактерии, нитчатые и целлюлозоразлагающие бактерии.
Для искусственной аэробной очистки сточных вод чаще всего используются сооружения как: аэротенк — это резервуар в котором стоки смешиваются с активным илом, чаще всего он разделен на несколько камер, где происходят различные этапы биологической очистки, резервуар обеспечен аэратором — системой подачи кислорода; биотенк — разновидность аэротенков, в которых специальная загрузка позволяет увеличить общее количество биомассы; биофильтр — бассейн с дренажем на днище, очистка стоков происходит путем минерализации, а биоценоз биофильтров состоит из пленки аэробных микроорганизмов; станция биологической очистки — локальное сооружение, которое устанавливается там, где нет возможности проводить общесплавную канализацию, очищенные стоки спускаются в грунт, а отходы используются в качестве удобрений.
Классическая схема аэробной очистки сточных вод выглядит так: стоки попадают в аэробную зону аэротенка – вторичного отстойника. Там они перемешиваются с активным илом. В установку нагнетается кислород, при необходимости вводят компоненты, способствующие переработке органических веществ. Происходит два биохимических процесса: окисление органического углерода и нитрификация. Далее осуществляется один или несколько рециклов: стоки снова перемешиваются с активным илом и обогащаются кислородом. Затем переработанные стоки отстаиваются — происходит гравитационное разделение иловой смеси. Избыточный активный ил поступает на переработку, а часть массы стоков на исходную позицию. В конце сточные воды поступают на физико-химическую доочистку.
Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде. Они запускают процессы брожения, анаксигенного окисления и метанообразования. Микроорганизмы выдерживают диапазон темеператур от +9 до +37 ºС, показатель рН находится в пределах 6,0 — 8,0. Способностью образовывать метан обладают около 50 видов бактерий из 17 родов. Традиционно их рассматривают как группу метанообразующих бактерий. В определителе бактерий Берджи выделено три порядка метаногенов это Methanobacteriales, Methanococcales и Methanomikrobiales.
Для искусственной анаэробной очистки сточных вод используют следующие сооружения: анаэробная лагуна – один из нескольких отстойников, где стоки находятся от 1 недели до 2 месяцев; септитенк — отстойник закрытого типа, в котором осадок из образовавшихся твердых частиц перегнивает и разлагается анаэробными микроорганизмами; метатенк – конструкция внешне похожа на септитенк, но в резервуаре проводится автоматическое перемешивание, обогрев и контроль основных параметров.
Анаэробный метод применяется, когда в сточных водах большое количество органических загрязнений и твердых осадков. В ходе метаногенеза, загрязнения конвертируются в биогаз. Очищенная вода спускается в водоем, а оставшийся осадок с илом поступает в следующий отсек, где происходит обезвоживание в центрифуге. Выделившуюся воду утилизируют. Сухой ил обеззараживается и становится материалом для компостирования.
Физико-химический этап используется для доочистки от нерастворенных примесей и взвешанных частиц. На этапе физико-химической очитски из сточных вод удаляются коллоидные и мелкодисперсные частицы. Метод эффективен также для очистки сточных вод от: щелочей, кислот, ионов и для разрушения трудноокисляемых органических соединений. Распространенными методами физико-химической очистки сточных вод являются: коагуляция, аэрация, сорбция, нейтрализация, экстракция, флокуляция, флотация, эвапорация, ионный обмен, кристаллизация и мембранные способы – диализ и процесс обратного осмоса.
Для комплексной оценки экологического состояния водных объектов и уровня загрязненности воды используются индексы качества воды, учитывающие широкий спектр загрязнений и показатель качества воды. Индексы качества воды различаются по структуре, гидрохимическим и гидробиологическим показателям и по направлению оценки уровня загрязнения в зависимости от цели водопользования и водопотребления.
Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух показателей: микробного числа и числа бактерий группы Escherichia coli. Микробное число определяется посевом 1 мл образца воды в чашки Петри с мясо-пептонным агаром с последующим подстчетом количества колоний после 48 часов инкубации при температуре 20 ºС или после 24 часов при температуре 37 ºС. Бактерии группы Escherichia coli дольше сохраняют жизнеспособность во внешней среде, более устойчивы к действию хлора, чем возбудители других инфекций. Определяют бактерии группы кишечных палочек высевом на питательную среду Эндо. Результат получают в виде коли-индекса (число бактерий группы кишечной палочки в 1 мл воды) или коли-титра.
Санитарно- эпидимиологическая безопасность воды обеспечивается только при условии ее обеззараживания. Наиболее распространенными методоми обеззараживания воды является хлорирование, озонирование и обработка ультрафиолетовым излучением.
.
Юсуп Мамедов,
кандидат биологических наук.
Комментарии