Характеристика состава сточных вод

Главным источником загрязнения поверхностных водоемов являются сточные воды. В зависимости от происхождения они подразделяются на производственные, бытовые и атмосферные (дождевые). Разные загрязняющие вещества при одной и той же концентрации оказывают разное влияние на качество воды. Учитывая значительные объемы, высокие концентрации и разнообразие загрязнений, сточные воды, а особенно производственные сточные воды, следует выделить в наиболее опасный загрязнитель окружающей природной среды.

Производственные сточные воды образуются при различных технологических процессах в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и других сферах деятельности человека.

К бытовым относят сточные воды, поступающие из санитарных узлов, душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов и других объектов жилых и общественных зданий, бытовых и вспомогательных помещений промышленных предприятий. Атмосферные сточные воды образуются при выпадении осадков и таянии снега. Стекая с земной поверхности, они увлекают за собой различные загрязняющие вещества, предметы и загрязняют ими открытые водоемы. Атмосферные воды содержат также основное количество растворенных и взвешенных загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу в виде паров и аэрозолей.

Загрязняющие вещества, поступающие в водоемы и водотоки, разделяются на минеральные, органические, бактериальные.

Минеральные загрязнители представлены в сточных водах нефтью и нефтепродуктами, растворенными минеральными солями, песком, глиной, кислотами, щелочью, шлаком и другими веществами. Все эти компоненты характерны для сточных вод нефтяных, газовых, нефтеперерабатывающих, нефтехимических, буровых, транспортных и других производств.

Органические загрязнения могут быть растительного и животного происхождения. К первым относят остатки растений, плодов, овощей, бумаги и т.п.; ко вторым – физиологические выделения людей и животных, остатки мускульных и жировых тканей, клеевые вещества и др.

В состав бактериальных загрязнений входят различные микроорганизмы в виде дрожжевых и плесневых грибков, мелких водорослей и разнообразных бактерий, в том числе болезнетворных. Эти загрязнения вообще можно отнести к органическим, однако ввиду особой значимости они выделены в самостоятельную группу.

Соотношение минеральных и органических загрязнителей в сточных водах изменяется в широких пределах и обусловлено спецификой и масштабами промышленных предприятий, населенных пунктов, видами канализации и др.

Количество бактериальных загрязнений в сточных водах может быть достаточно большим. Бытовые сточные воды, например, могут содержать более 0,001 мг бактериальной массы на 1 мл воды или 100 т в пересчете на расход в 100 тыс. м³/сут. стока.

Наибольшую опасность для водной среды представляют нефть, нефтепродукты, конденсат, хлорорганические соединения, радиоактивные вещества и тяжелые металлы. Основными «поставщиками» этих загрязнителей воды являются металлургическая, нефтедобывающая, газовая, химическая, целлюлозно-бумажная, горнодобывающая, текстильная и другие промышленности. При эксплуатации магистральных газопроводов основными загрязнителями являются газоконденсат и метанол. Наличие парка технологического транспорта, а также систем смазки ГПА со всем их маслохозяйством приводит к разливам нефтепродуктов.

Как загрязнитель воды, нефть и нефтепродукты представляют особую опасность для окружающей среды и ее обитателей. Покрывая тончайшей пленкой, огромные участки водной поверхности, нефть нарушает кислородный, углекислотный и другие формы биологически значимого газового обмена в поверхностных слоях воды и пагубно воздействует на планктон, морскую, речную, озерную фауну и флору.

К наиболее токсичным и быстродействующим относятся низкокипящие ароматические углеводороды (бензин, толуол, бензол, ксилол и др.). Даже при малых концентрациях они оказывают медленное отравляющее действие на низшие формы жизни в водоемах и водостоках.

Опасность отравления нефтью возрастает с ростом ее концентрации. Токсичность в водной среде проявляется при концентрации более 1 мг/м³. Даже незначительное содержание нефти (200¸400 мг/м³) придает воде специфический запах.

Со временем концентрация нефти в воде под действием испарения наиболее летучих компонентов, растворения, фотохимического окисления, эмульгирования и биодеградации уменьшается. Окисленная нефть оседает на дно водоемов. Экспериментально установлено, что в течение нескольких часов за счет испарения и растекания концентрация нефти в месте разлива снижается до 6´10³¸2´10⁴ мг/м³. Научными исследованиями показано накопление нефти в цепи питания простейших и высокоорганизованных животных. Выяснено, что концентрация углеводородов в морских организмах при благоприятных условиях уменьшается и в течение недели может достигнуть допустимой.

Известно, что 1 т нефти способна образовать сплошную пленку площадью 2,6 км², а одна капля – соответственно около 0,25 м². Установлено, что плотная плавающая пленка возникает при разливе 75¸100 л нефти на 1 км² спокойной поверхности воды. Образование неплотной пленки наблюдается при растекании 15¸20 л нефти на 1 км² водной поверхности. В зависимости от количества разлитой нефти толщина пленки существенно неодинакова (табл. 11.13).

Растекание нефтяной пленки по водной поверхности сопровождается процессами испарения низкокипящих углеводородов, сорбирования на взвешенных частицах вещества, эмульгирования и растворения. Количество углеводородов, растворяющихся в воде, определяется составом нефти и нефтепродуктов. Растворимость нефти в морской воде зависит от ее солености. В пресной воде при одинаковом числе атомов углерода в молекуле вещества растворимость последовательно уменьшается от ацетиленовых к олефиновым, а затем к парафиновым углеводородам.

Таблица 11.13

Зависимость толщины пленки от
количества разлитой нефти на поверхности в 1 км²

Ориен­тиро­вочная тол­щина, мкм	Количество нефти, расхо­дуемой на обра­зование пленки, л/км2	Внешний вид пленки	Ориен­тиро­вочная тол­щина, мкм	Количество нефти, расхо­дуемой на обра­зование пленки, л/км2	Внешний вид пленки
0,02		Появление отдельных пятен	0,30		Блестящие цветные пятна
0,038		Серебристый блеск поверхности			Мутный цвет поверхности
0,075		То же			Темный цвет
0,15		Заметны первые цветные пятна			То же
		То же

Нефтяная пленка на воде может образовать эмульсии типа «вода в нефти» и «нефть в воде». Эмульсия типа «вода в нефти» способна разрушаться или разлагаться под действием бактерий.

Высокомолекулярные соединения, смолы, асфальтены способствуют образованию стойкой эмульсии «нефть в воде». Эта эмульсия содержит 30¸80% стабилизированного планктона, органических остатков и бактериальной слизи («шоколадный мусс»). Эмульсия типа «шоколадный мусс» практически не поддается бактериальному разрушению.

Вода постепенно вымывается, и образуются твердые сгустки – «смоляные шарики». В зависимости от плотности составляющей их нефти они плавают по поверхности, распределяются по водным горизонтам или опускаются на дно.

Нефть обладает способностью покрывать тончайшей пленкой огромные участки водной поверхности, что ухудшает газообмен кислорода и двуокиси углерода. Одновременно происходит нарушение обмена тепловой энергией и влагой. Экспериментально установлено, что с 1 км² незагрязненной поверхности водоема испаряется 379 т воды. При наличии нефтяной пленки объем испаряемой жидкости составляет лишь 18,9 т.

При попадании загрязняющих веществ в воду содержание кислорода в ней резко снижается за счет окисления им органических веществ и накопления промежуточных продуктов реакции. Например, в водах Балтийского и Северного морей наблюдается снижение концентрации кислорода и увеличение концентрации аммиака. Нефть взаимодействует со льдом, который способен поглощать ее в количествах до одной четверти от своей массы. Лед, насыщенный нефтью, может при таянии стать источником загрязнения любого района океана.

Существует прямая зависимость между концентрацией нефти в воде и зоопланктоне. В более загрязненных водах морей и океанов зоопланктон накапливает до 3,5% углеводородов нефти от собственной массы.

Различные виды бактерий реагируют на нефтяное загрязнение не одинаково. Известна, например, группа нефтеокисляющих бактерий, которые разлагают нефть. Другие бактерии (бактеринейстон и бактериоплактон) при концентрации загрязнения 150¸200 мг/л резко (в 100¸1000 раз) снижают скорость своего размножения.

При воздействии на рыбу даже незначительные концентрации нефти приводят к изменению состава крови и нарушению углеводородного обмена. Нефть оказывает в данном случае наркотическое действие и некоторые рыбы не стремятся покинуть загрязненную зону. Содержание нефти в воде выше 100 мг/м³ придает мясу рыб специфический запах и привкус, неустранимый ни при какой технологической обработке.

Таким образом, все загрязняющие вещества, поступающие в природные воды, обусловливают:

· изменение физических свойств воды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.);

· изменение химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ;

· образование плавающих загрязнений на поверхности воды и отложений их на дне;

· сокращение в воде количества растворенного кислорода, вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических загрязняющих веществ;

· появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.

Загрязнение природных вод делает их непригодными для питья, купания, водного транспорта, а иногда и для технических нужд. Она особенно пагубно влияет на рыб, водоплавающих, животных и другие организмы, обуславливая их заболевания и гибель.