Стічні води промисловості, сільського господарства, транспорту та комунально-побутових підприємств

§ 1. Сточные воды предприятий нефтедобывающей промышленности

Сточные воды предприятий нефтедобывающей промышлен­ности слагаются из пластовых вод, поступающих из скважин вместе с нефтью, и вод, расходуемых на производственные нужды. Отличительной чертой пластовых вод является высокая степень их минерализации, доходящая в отдельных случаях до несколь­ких десятков граммов на литр. В среднем на 1 м³ добытой нефти приходится 2 м³ пластовых вод.

Расход воды на производственные нужды может быть во много раз больше количества пластовых вод. В некоторых слу­чаях, чтобы повысить нефтедобычу, закачивают воду в глубинные слои. При этом закачиваемая вода должна обладать высокой степенью чистоты. Для этой цели часто используют сточные воды, подвергая их предварительно сложной очистке с примене­нием химических реагентов с последующим отстаиванием и филь­трацией.

«Когда сточные воды нефтепромыслов сбрасываются без очи­стки, происходит не только загрязнение водоемов нефтью, но и увеличение минерального состава воды до пределов, не допускаю­щих ее использование для снабжения населения. Поэтому одной из главных задач предприятий нефтедобывающей промышленно­сти является удаление нефти из сточных вод и снижение их ми­нерального состава с помощью нефтеловушек и других очистных сооружений. К сожалению, такие очистные сооружения имеются не везде. Поэтому водоемы в районах нефтепромыслов нередко загрязнены.

В состав сточных вод предприятий нефтедобывающей про­мышленности входят также нефтяные кислоты и другие примеси. Количественное содержание этих компонентов в сбросе сущест­венно изменяется в зависимости от используемых технологиче­ских процессов, геологических структур района промысла, харак­теристик добываемой нефти и других причин. Удельный вес этих сточных вод при температуре 20° С несколько больше еди­ницы.

Значительное количество нефти попадает в воду из буриль­ных и насосных установок, особенно при подводной ее добыче.

§ 2. Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов

Нефть в сыром виде почти не применяется и идет в основном на переработку. Продукты нефти и технология их получения весьма разнообразны, и это многообразие с каждым годом уве­личивается. По существу, заводы по переработке нефти превра­щаются в нефтехимические комбинаты с большим ассортиментом выпускаемой продукции. Вместе с этим растет и объем сброса сточных вод. Качественный и количественный состав и свойства их неодинаковы на различных нефтеперерабатывающих заводах. Обычно сточные воды этих предприятий содержат сульфаты, се­роводород, механические примеси, нефтепродукты и другие ве­щества.

Особенностью сточных вод нефтеперерабатывающих предприя­тий являются стойкие запахи нефтепродуктов и других органиче­ских соединений, которые образуются в результате переработки нефти. Часто сточные воды содержат остатки катализаторов и различных растворителей, применяющихся в процессе переработки нефти (фенол, ацетон, кислоты, сульфиды, свинец и др.). В них обычно содержится от 0,3 до 2% нефти, которая попадает в сточ­ные воды в результате несовершенства технологических процес­сов или при повреждении оборудования.

В сточных водах нефть встречается в виде свободной нефти, плавающей на поверхности, и в виде эмульсии. Небольшая часть нефтепродуктов находится в растворенном состоянии. Свободно плавающую нефть собирают в ловушки, эмульгированную нефть в ловушках задержать невозможно. Присутствие в сточных водах взвешенных веществ, различных растворителей, бытовых отходов способствует выделению нефти из эмульсии.

Для снижения содержания нефтепродуктов в сточных водах используются пруды-отстойники, коагулянты и фильтрация.

§ 3. Загрязнение водоемов отходами транспорта

Из почти 2,5 млрд. т добываемой ныне на Земле нефти 60% перевозится на судах. Вследствие потерь при перекачке и утечке нефти из танков и цистерн происходит значительное загрязнение водоемов. Замечено, что прямые потери (из расчета на 1 т пере­возимого груза) особенно велики на речных судах, так как они имеют более слабые корпуса.

При мытье танков суда иногда выбрасывают за борт (не­смотря на запрещение) значительное количество нефтепродуктов и моющих синтетических средств. В результате воздействия вол­нения из таких сбросов нередко образуются парафинообразные комки нефтепродуктов, плавающие на поверхности. В частности, такие загрязнения встречаются в центральных районах северной половины Атлантического океана. Они почти не подвергаются бактериологическому разложению и воздействию гидрометеоро­логических факторов и поэтому сохраняются длительное время.

Особенно большие загрязнения происходят при аварии танке­ров. В таких случаях выливаются тысячи, а иногда и десятки ты­сяч тонн нефти или продуктов ее переработки, которые, быстро разливаясь, покрывают толстым слоем обширные акватории. Дрейфуя под действием ветра и течения, такой слой может за­грязнить обширные участки побережья, вызывая гибель водных организмов и водоплавающих птиц.

Каждое судно с механическим двигателем теряет некоторое количество нефтепродуктов, что видно по следу, которое остав­ляет проходящий транспорт. Речное судно средних размеров на 1 км пути теряет около 250 г нефтепродуктов. С увеличением мощности двигателей эта величина существенно возрастает. За­грязняют воду также сбросы подсланевых (льяльных) вод. В на­стоящее время оборудованы специальные баржи для сбора под­сланевых вод, но, к сожалению, суда не всегда правильно их используют.

Загрязненность, создаваемая судоходством, увеличивается по мере роста интенсивности судоходства и продолжительности на­вигационного периода. Наибольшая загрязненность на замерзаю­щих акваториях наблюдается в конце навигации. В морях, а также на судоходных реках, где нет эффективно действующих очистных сооружений, прослеживается тенденция увеличения неф­тяных загрязнений от года к году.

Во время перевозки нефтепродуктов железнодорожным транс­портом также происходит загрязнение водоемов, вызываемое по­терями нефтепродуктов при перекачке и утечке их из цистерн.

Сточные воды, содержащие нефтепродукты, поступают в го­родскую канализацию от гаражей, станции по обслуживанию автомобилей, отдельных мелких промышленных и сельскохозяй­ственных организаций, имеющих транспортные средства. Сброс нефтепродуктов каждым таким предприятием обычно незначи­телен, однако суммарное количество сброса ввиду многочислен­ности объектов очень велико. Бороться с такими источниками за­грязнений весьма трудно. Если при этом учесть, что с каждым годом происходит быстрый рост количества автомобилей общест­венного и индивидуального пользования, создается реальная угроза увеличения в ближайшие годы сбора загрязненных вод за счет отходов этого вида транспорта.

§ 4. Сточные воды целлюлозно-бумажных комбинатов

Сточные воды предприятий, выпускающих целлюлозу и бу­магу, содержат особенно много органических веществ. Сущест­вуют два основных способа производства целлюлозы: сульфит­ный и сульфатный. Все большее распространение приобретает второй способ, так как он допускает использование более разно­образных видов сырья. При сульфитном производстве древесина обрабатывается бисульфитом кальция, с содержанием от 3 до 8% сернистой кислоты. При сульфатном способе сырье обрабатывается смесью едкого натра и сернистого натрия. При первом способе отходами производства являются сульфитные щелока, содержа­щие в минеральной части кальций и сульфатный ион, а в орга­нической части — соли лигносульфатных кислот и сахара. Цвет этих отходов обычно темно-желтый. При втором способе произ­водства образуются сульфатные щелока, в органической части которых преобладают различные виды сульфатного лигнина, а в минеральной — свободный и связанный с органическими сое­динениями едкий натр, сода, сернистый натрий. Особенностью сбросов при сульфатном способе производства является их светло-желтый цвет и присутствие дурно пахнущих веществ с преобладанием меркаптанного запаха.

Сточные воды предприятий, производящих бумагу и целлю­лозу, характеризуются высоким содержанием взвешенных ве­ществ, которые постепенно оседают на грунт. Кроме того, со сточными водами целлюлозных предприятий уносится некоторое количество получаемого продукта. Поэтому участки водоемов, в ко­торые сбрасываются отходы целлюлозно-бумажных комбинатов, иногда сильно загрязнены. Отложения взвешенных веществ на дне водоемов, куда сбрасываются отходы таких комбинатов, иногда до­стигают нескольких метров толщины, образуя отмели и острова, препятствующие подходу судов к берегу.

В местах скопления донных отложений создаются анаэробные условия. Целлюлоза подвергается разложению с образованием метана, пузырьки которого поднимаются со дна и насыщают воду восстановленными соединениями, на окисление которых рас­ходуется кислород водоема. При анаэробном распаде образуются и выделяются дурно пахнущие газы — маркаптан, сероводо­род и др.

§ 5. Сточные воды заводов минеральных удобрений

Производство минеральных удобрений — одна из главных, быстро развивающихся отраслей химической промышленности. Из предприятий, производящих основные виды удобрений — азотные, фосфатные и калийные — наибольшее загрязнение соз­дают промышленные сбросы азотнотуковых комбинатов. В состав сбрасываемых ими сточных вод входят сульфаты, хлориды, аммо­нийный и нитратный азот и другие примеси. Концентрация этих веществ в сточных водах резко изменяется в зависимости от тех­нологии производства и используемого сырья.

По своим физическим свойствам сточные воды этих комбина­тов бесцветны, имеют слабый запах и температуру 18—28° С.

§ 6. Сточные воды заводов химических волокон и пластмасс

Основным сырьем для производства химических волокон и целлофана служит сульфитная целлюлоза, а для получения по­лиамидных волокон — фенол. Из общего количества сточных вод этих производств 25—30% составляют щелочные воды, осталь­ное кислые. Характерными для них является присутствие суль­фатов, сероводородов, сероуглерода, свободной серной кислоты, нерастворенных веществ, цинка и т. д. Количественный состав этих веществ резко изменяется в зависимости от вида продукции, используемой технологии и сырья.

Некоторые химические заводы, изготовляющие пластмассы, сбрасывают отходы производства в виде пенообразной твердой или вязкой массы, различных цветов и оттенков. Эта масса, бу­дучи легче воды, плавает на поверхности. Она очень стойка и может сохраняться в течение нескольких лет.

§ 7. Сточные воды предприятий угледобывающей промышленности

До недавнего времени загрязнение водоемов сточными водами предприятий угольной промышленности происходило в основном за счет шахтных вод, т. е. откачиваемой воды, которая скопляется в шахтах в горизонтах, дренируемых выработками. В на­стоящее время большое количество загрязненных вод образуется за счет откачки воды, подаваемой в шахты под большим напором для удаления из угольных пластов частиц минеральных пород.

Состав шахтных вод в основном определяется составом гор­ных пород, окружающих выработки. Они содержат большое ко­личество взвешенных веществ, в частности, закисного и окисного железа, алюминия, марганца, цинка, меди и других тяжелых ме­таллов. Иногда в сбросах сточных вод обнаруживаются свобод­ная серная кислота и значительное количество растворенных со­лей.

Обычным следствием попадания шахтных вод в водоем является выпадение значительных количеств гидрата окиси же­леза (ржавые воды), откладывающегося на дне и берегах. Пятна ржавой воды хорошо видны с самолета.

Основным способом очистки сточных вод предприятий угледо­бывающей промышленности является освобождение их от взве­шенных веществ путем отстаивания и фильтрации.

§ 8. Сточные воды заводов коксохимической и коксогазовой промышленности

Большое количество каменного угля, торфа, древесины под­вергается термической обработке для получения кокса, газа и разного рода побочных продуктов. В результате перегонки, про­изводимой обычно при отсутствии воздуха, получается большое количество смол и жидких продуктов отгона, содержащих орга­нические соединения, в том числе фенол. В числе продуктов от­гона имеются спирты, органические кислоты, постоянно присут­ствует сероводород, цианиды, аммиак, тиосульфат.

Наличие такого большого количества органических веществ и ядовитых соединений в сточных водах делает недопустимым их сброс без предварительной очистки, так как они губительно дей­ствуют на флоту и фауну водоема. Особенно отрицательное влия­ние оказывают смолистые вещества, которые отлагаясь на дне и берегах, губят водную растительность. На окисление органиче­ских веществ расходуется большое количество кислорода, в ре­зультате чего на больших участках загрязненных рек кислород нередко практически отсутствует.

§ 9. Сточные воды с сельскохозяйственных угодий

Использование минеральных удобрений и высокоурожайных сортов семян, увеличение площади орошаемых земель, механи­зация, успешная борьба с вредителями полей произвели в сель­ском хозяйстве «зеленую революцию», в результате которой стало возможным получать урожаи значительно большие, чем может ро­дить почва за счет естественного плодородия. Поля с помощью нового технологического ритма и «искусственного питания» пре­вращаются в своеобразные цеха, а растения — в «зеленые машины», перерабатывающие удобрения в продукты питания чело­века и сельскохозяйственных животных.

Превращение земледелия в быстро прогрессирующую «сель­скохозяйственную индустрию» стало возможным главным обра­зом благодаря широкому использованию огромного количества минеральных удобрений и различных химических средств. До­статочно сказать, что сейчас в мире используются многие тысячи различных видов пестицидов, к которым ежегодно добавляются сотни новых. Эти вещества частично проникают в грунтовые воды, смываются дождями, попадая в реки, озера и моря. В ре­зультате в водоемах накапливается значительное количество азота, калия, фосфора, хлоридов, сульфатов и других веществ. Некоторые из этих веществ усваиваются и накапливаются в от­дельных видах животных и растений, вызывая нарушения физио­логических процессов. Нередко это приводит к гибели не только организмы, населяющие водный объект, но и животных суши и птиц, которые используют его биологическую продукцию для пи­тания. Таким образом, эти загрязнения, вызывая качественные изменения в цепи питания, могут привести к нарушению равно­весия экологической системы обширного района, прилегающего к данному водному объекту.

Для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лесов ши­роко используются ядохимикаты. Применение их нередко позво­ляет повысить урожайность, только за счет уничтожения вреди­телей,— зерновых на 20—25%, кукурузы на 60%, картофеля на 70%. Однако ядохимикаты обладают сильными токсическими свойствами и влияют на окружающую среду. Наблюдающееся сокращение численности птиц и зверей, как правило, является ре­зультатом их прямого отравления ядохимикатами и веществами, входящими в состав минеральных удобрений.

За рубежом для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лесов особенно широко использовался препарат ДДТ (дихлордифенилтрихлоротан). Исключительная химическая стойкость этого вещества обусловила почти повсеместное его накопление во внутренних водоемах и морях. В последнее время применение этого препарата сокращается. Так, Швеция ввела на два года за­прещение на его использование с целью всестороннего изучения последствий его применения на окружающую среду.

Намечается тенденция замены ядохимикатов биологическими методами борьбы с вредителями. Особое значение при этом при­обретают те биологические средства, которые имеют узковыбо­рочную направленность действия, значительно большую, чем син­тетические пестициды. В настоящее время применение биологиче­ских методов борьбы с вредителями еще незначительно и не идет ни в какое сравнение с использованием пестицидов.

Большое содержание калия, фосфора, азота и других питатель­ных веществ в водном стоке с полей и накопление их в водоемах нередко вызывает бурное размножение бактерий и водорослей, при окислении отмерших остатков которых быстро истощаются находящиеся в воде запасы кислорода. Тогда приступают к раз­ложению отходов анаэробные бактерии, которым кислород не ну­жен. В результате этого разложения выделяются зловонные газы, включая сероводород, и водоем превращается в сточную канаву. Особенно подвержены этому процессу водные объекты с медленным водообменом и низкой способностью к восстановлению кислорода.

Современное сельское и лесное хозяйство имеет на своем во­оружении большое количество техники, широкое использование которой сопровождается сбросом нефтяных загрязнений. Нередко ручьи и небольшие реки, протекающие среди полей и лесов, не­сут на своей поверхности значительное количество нефтепро­дуктов.

§ 10. Хозяйственно-бытовые загрязнения

Сточные воды городов и других населенных пунктов обра­зуются из фекальных и хозяйственно-бытовых вод, сбросов ком­мунальных предприятий (бань, прачечных и др.) и дождевых вод, смывающих грязь и нефтепродукты с территории городов и на­селенных пунктов. В состав их входят азот аммонийный, хло­риды, сульфаты, фосфаты и ряд взвешенных веществ. Если кана­лизационные воды сбрасываются без предварительной очистки, они могут занести в водоемы возбудителей различных болезней.

Общий объем хозяйственно-бытовых сточных вод зависит от количества жителей и степени благоустройства населенного пункта. Норма водоснабжения городов обычно составляет 150 л в сутки на человека.

Объем сточных вод коммунальных канализаций городов меньше объема сточных вод промышленности примерно в 10 раз.

Кроме жидких отходов каждый житель города выбрасывает в год около 150—200 кг мусора в виде обертки, упаковки, стек­лотары, консервных банок и т. п. Эта цифра очень быстро растет. Ожидается, что к концу текущего десятилетия она удвоится. По­падая на свалки, мусор обычно сжигается, оставляя после себя ряд ядовитых веществ, таких как цианиды, ртуть и свинец. Веще­ства эти смываются дождями, просачиваются в подпочвенные воды, попадают в реки, где смешиваются с органическими и неоргани­ческими веществами, выбрасываемыми канализацией. Окисление этих веществ в воде может истощить имеющийся в ней запас кис­лорода, и водоем превратится в кладбище для всего живого.

Сброс канализационных вод и мусора способствует обмелению водоемов и изменяет химический состав вод и формы жизни, ко­торые могут в’ них существовать.

Уничтожение мусора организовано далеко не везде. Значи­тельная часть бытовых отходов выбрасывается непосредственно в водоемы и водотоки. Некоторые отходы (например, стеклотара, пластмассы и др.) почти не подвержены разлагающему воздей­ствию гидрометеорологических, биологических и других факторов и сохраняются очень долго.

§ 11. Загрязнения, приносимые воздушными массами

Воздух, особенно в крупных промышленных центрах, очень сильно загрязнен.

Ветры и дожди переносят загрязнения, содержащиеся в воз­душных массах, в водоемы. По подсчетам ряда ученых, в настоя­щее время в моря и океаны ежегодно выпадает из воздуха около 1 млн. т углеводородов, содержащихся в выхлопных газах дви­гателей, примерно 200 тыс. т свинца, около 5 тыс. т ртути, до­бавляемой в горючее двигателей и используемой при производ­стве бумаги (ртуть попадает в атмосферу при ее сжигании), а также много других веществ. Строго говоря, почти все виды загрязнений, содержащиеся в атмосфере, в большинстве случаев попадают теми или иными путями в воду. Подсчитано, что поло­вина пестицидов, находящихся в Мировом океане, попала в него из воздуха. Эти вещества, обладая большой устойчивостью, пере­мещаются ветрами на большие расстояния. Пути перемещения воздушных потоков весьма сложны и резко изменяются от се­зона к сезону.

Так, летние муссоны, подхватывая загрязнения на территории Африки, переносят их в районы Атлантического океана, примыка­ющие к юго-западной Европе, где они и оседают. В холодную половину года муссоны переносят эти загрязнения через Атланти­ческий океан в район Карибского моря.

За последние 20 лет резко возросла кислотность воды, выпа­дающая дождями. В значительной степени в этом повинно широ­кое распространение неполноценных очистных устройств, которые улавливают в выбросе лишь твердые частицы и свободно пропу­скают газы, в том числе и наиболее распространенные в отхо­дах— двуокись серы и различные окислы азота. В атмосфере эти газы быстро образуют серную и азотную кислоты. Твердые частицы отходов обладают способностью нейтрализировать кис­лоты. Поэтому раньше, когда не использовались подобные очист­ные устройства, твердые частицы поглощали образующиеся в ат­мосфере кислоты, способствуя поддержанию в ней кислотного равновесия. Теперь это равновесие нарушено.

Сложившееся положение может служить характерным приме­ром того, как опасен недостаточно изученный, бессистемный под­ход к решению проблемы загрязнения окружающей среды.

В настоящее время уровень двуокиси серы в атмосфере ста­раются понизить как путем создания специальных очистных уст­ройств, так и путем использования топлива с низким содержа­нием серы — основного компонента, от которого зависит кислот­ность дождевой воды.

Влияние «кислых» дождей на окружающую среду изучено не­достаточно. Однако проведенные в различных странах наблюде­ния и эксперименты показывают, что «кислая» вода замедляет развитие растений, уменьшает число завязей, снижает качество плодов, понижая тем самым урожайность полей и садов, резко усиливает коррозию строительных конструкций и скульптурных сооружений.

Выпадением «кислых» дождей объясняется увеличение кис­лотности ряда озер. В некоторых из них наблюдалась массовая гибель рыбы, обусловленная значительным превышением допусти­мого уровня кислотности воды.

Непосредственная борьба с загрязнениями природных вод, ко­торые приносятся воздушными массами, практически невозможна. Все сводится к борьбе за чистоту воздуха: если она будет эф­фективной, в значительной степени исчезнут и загрязнения при­родных вод, приносимые воздушными потоками.

§ 12. Тепловое загрязнение

Использование любого источника энергии сопровождается вы­делением тепла. Тепло высвобождается при любом трении (на­пример, шин автомобиля о мостовую), при окислении металлов и других химических реакциях. Строго говоря, вся энергия, кото­рую мы прямо или косвенно вырабатываем и используем, в ко­нечном итоге превращается в тепло, попадающее в окружающую среду. Это тепло уходит в атмосферу, воздействуя на погоду и климат, сбрасывается со сточными водами в водоемы, в ряде слу­чаев отрицательно влияя на водные организмы (в частности, пу­тем усиления химической активности загрязняющих веществ).

В настоящее время количество тепла, производимое челове­чеством, составляет ничтожно малую часть (меньше 0,02%) энер­гии Солнца, падающей на поверхность нашей планеты. Поэтому влияние его на глобальные атмосферные процессы практически незаметно. Однако оно может существенно воздействовать на формирование погоды в отдельных локальных районах, так как «производство тепла» распределяется географически весьма не­равномерно. В некоторых промышленных районах выброс тепла достигает уже почти 5% величины солнечной радиации, причем такие районы нередко занимают площади в десятки тысяч квад­ратных километров. Это тепло уже влияет на локальные атмо­сферные процессы, заметно изменяя погоду и климат промышлен­ных центров и больших городов.

Если современный рост потребления энергии на Земле (около 5% в год) сохранится, площади районов усиленного искусствен­ного отепления достигнут нескольких миллионов квадратных ки­лометров, следствием чего может явиться существенное наруше­ние хода глобальных атмосферных процессов.

В последние десятилетия наблюдается также усиление парни­кового эффекта атмосферы, обусловленное увеличением в ней содержания углекислого газа (примерно на 10% с начала века) за счет сжигания ископаемого топлива. Это говорит о том, что вносимое загрязнение и высвобождающаяся дополнительно теп­ловая энергия в ряде случаев уже заметно нарушают сложившееся равновесие в природе.

• ← Види техногенних забруднень
• Порушення колообігу речовин у природі →