Контроль та очищення вод
Практикуються три основні методи очищення стічних вод. Перший існує давно і найбільш економічний: скидання стічних вод у великі водотоки, де вони розбавляються прісною проточною водою, аеруються і нейтралізуються природним чином. Вочевидь, що це метод відповідає сучасним умовам. Другий метод багато в чому базується на тих же природних процесах, що і перший, і полягає у видаленні та зниженні вмісту твердих та органічних речовин механічним, біологічним та хімічним способами. Його в основному використовують на комунальних очисних станціях, які рідко мають обладнання для переробки промислових і сільськогосподарських стоків. Широко відомий досить поширений третій метод, що полягає у скороченні обсягу стічних вод шляхом зміни технологічних процесів; наприклад, внаслідок вторинної переробки матеріалів або використання природних методів боротьби зі шкідниками замість пестицидів тощо.
Очищення стічних вод
Хоча зараз багато промислових підприємств намагаються очистити свої стоки або зробити виробничий цикл замкнутим, а виробництво пестицидів та інших токсичних речовин заборонено, найрадикальнішим і найшвидшим вирішенням проблеми забруднення води буде будівництво додаткових і більш сучасних очисних споруд.
Первинне (механічне) очищення
Зазвичай по дорозі потоку стічних вод встановлюються грати чи сита, які вловлюють плаваючі предмети і зважені частки. Потім пісок та інші грубі неорганічні частинки осідають у пісковловлювачах з похилим дном або уловлюються ситами. Олії та жири видаляються з поверхні води спеціальними пристосуваннями (нафтовишками, жироловками та ін.). На деякий час стічні води перекидаються у відстійники для осадження дрібних.частинок. Вільноплаваючі пластівцеві частинки беруть в облогу шляхом додавання хімічних коагулянтів. Отриманий таким чином відстій, що на 70% складається з органічних речовин, пропускається через спеціальний залізобетонний резервуар - метантанк, в якому він переробляється анаеробними бактеріями. В результаті утворюються рідкий та газоподібний метан, вуглекислий газ, а також тверді мінеральні частинки. За відсутності метантанку тверді відходи закопуються, скидаються на звалища, спалюються (що призводить до забруднення повітря) або висушуються і використовуються як гумус чи добриво.
Вторинна очистка
Вторинна очистка здійснюється переважно біологічними методами. Оскільки на першому етапі органічні речовини не видаляються, на наступному - використовуються аеробні бактерії для розкладання зваженої та розчиненої органіки. При цьому головне завдання полягає в тому, щоб привести стоки в контакт з якомога більшим числом бактерій в умовах хорошої аерації, так як бактерії повинні мати можливість споживати достатню кількість розчиненого кисню. Стічні води пропускають через різні фільтри - піщані, із щебеню, гравію, керамзиту або синтетичних полімерів (при цьому досягається такий самий ефект, як і в процесі природного очищення в русловому потоці, що подолав відстань у кілька кілометрів).
На поверхні фільтруючого матеріалу бактерії утворюють плівку та розкладають органіку стічних вод у міру їх проходження через фільтр, знижуючи таким чином БПК більш ніж на 90%. Це т.зв. бактеріальні фільтри. Зниження БПК на 98% досягається в аеротанках, в яких завдяки примусовій аерації стічних вод та перемішування їх з активним мулом прискорюються природні окислення. Активний мул утворюється у відстійниках із зважених у стічнійрідини частинок, не затриманих при попередньому очищенні і адсорбованих колоїдними речовинами з мікроорганізмами, що в них розмножуються.
Іншим методом вторинного очищення є тривале відстоювання води у спеціальних ставках чи лагунах (поля зрошення чи поля фільтрації), де водорості споживають вуглекислий газ і виділяють необхідний розкладання органіки кисень. В цьому випадку БПК знижується на 40-70%, але потрібні певні температурні умови та сонячне освітлення.
Третичне очищення
Стічні води, що пройшли первинне та вторинне очищення, ще містять розчинені речовини, які роблять їх практично непридатними для будь-яких потреб, крім зрошення. Тому були розроблені і апробовані більш досконалі методи очищення, призначені для видалення забруднювачів, що залишилися. Деякі з цих методів використовуються в установках, що очищають питну воду водосховищ. Такі повільно розкладаються органічні сполуки, як пестициди і фосфати, видаляються фільтрацією пройшли вторинну очищення стічних вод через активоване (порошкоподібне) деревне вугілля, або додаванням коагулянтів, сприяють агломерації дрібних частинок і осадженню реакцій, що утворилися реакцією, або окислюванням таким.
Розчинені неорганічні речовини видаляються іонним обміном (розчинені іони солей та металів); хімічним осадженням (солі кальцію та магнію, які утворюють наліт на внутрішніх стінках котлів, цистерн та труб), що пом'якшує воду; зміною осмотичного тиску для посиленої фільтрації води через мембрану, яка затримує концентровані розчини поживних речовин – нітратів, фосфатів та ін; виведенням азоту потоком повітря при проходженні стоків через аміачно-десорбційнуколону; та іншими методами. У світі є лише кілька підприємств, які можуть проводити повне очищення стічних вод.
Загальні принципи водоочищення
Дезінфекція
Головна мета водоочищення – виробництво бактеріально безпечної води. Найбільш поширений спосіб дезінфекції води - введення в неї хлору - сильного окисника, який додається до води у вигляді газу або концентрованого водного розчину. Ефективність обробки хлором залежить від ряду факторів, у тому числі рН (заходи кислотності або лужності води), часу обробки, температури та наявності взаємодіючих із хлором органічних речовин. Невелика кількість вільного хлору залишається у воді у разі потрапляння забруднень у споживчу водопровідну мережу. Оскільки при побутовому використанні води у ринву скидається багато коліформних бактерій, виявлення цих бактерій служить показником побутового забруднення (колі-індекс).
Мутність та кольоровість усуваються додаванням до води хімічно активної речовини та її подальшим відстоюванням. Додається речовина сприяє зростанню малих частинок і перетворенням їх на більші, поки під дією власної ваги вони не почнуть осідати. Такий вимушений процес осідання займає 1-2 години. Цей процес утворення осаду називається хімічною коагуляцією. В якості хімічно активних речовин використовуються головним чином сполуки, що утворюють у водному розчині іони алюмінію та тривалентного заліза (сульфат алюмінію та хлорид або сульфат тривалентного заліза).
Вода та запах
Типові джерела смаку та запаху природних, побутових та промислових вод - мікроорганізми, наприклад водорості, у поверхневих водах та сульфіди у підземних водах, бідних киснем. З'єднання, що мають неприємний смак і запах, зазвичайвидаляються шляхом додавання до води активованого вугілля та подальшої седиментації. Можна також піддати такі сполуки окисленню, наприклад, хлором або озоном.
Фільтрування
На водоочисній станції, де до води додаються хімічно активні речовини і вона відстоюється видалення домішок, вода також пропускається через пісок для фільтрування. Вода та хімреактиви-коагулянти ретельно та інтенсивно перемішуються. Через приблизно 30 хв вода з укрупненими частинками домішок запускається в седиментаційну установку, де більшість домішок осаджується і видаляється з води; цей процес займає близько 2 год. Освітлена вода прямує у відстійники, де фільтрується через шари піску та гравію та проходить через донну основу. Донна основа не тільки служить опорою для шарів гравію та піску, але також пропускає воду, що періодично використовується для промивання фільтрувальних шарів від опадів, залишених водою, що очищається. Фільтрована вода зберігається у резервуарах або закачується у водопровідну мережу після заключного хлорування.
Проблема зменшення жорсткості води частково може бути вирішена за допомогою синтетичних миючих засобів. За допомогою хімічної коагуляції або іонного обміну частково або повністю видаляються домішки, що створюють жорсткість (головним чином бікарбонати кальцію і магнію). Цей процес називається пом'якшенням води.
У системах хімічної коагуляції до води для її пом'якшення додається вапно, яке реагує з бікарбонатами, перетворюючи їх на карбонати, що випадають в осад. Осад видаляється седиментацією та подальшим фільтруванням через пісок.
Іонний (точніше, катіонний) обмін для пом'якшення полягає в заміщенні іонів жорсткості, кальцію та магнію, на іон нежорсткості, натрій. На цьому принципі ґрунтуються домашні системипом'якшення води. За допомогою іонного обміну можна, в принципі, замінити всі катіони у воді воднем, а всі аніони – киснем. Через війну вийде H2O, тобто. чиста вода. Такий процес називається знесолення.
У воді можуть бути розчинені або зважені інші хімічні елементи або сполуки, що впливають на її якість. Залізо витягується шляхом окислення киснем повітря та видалення нерозчинної сполуки седиментацією або фільтруванням. Для магнію поряд з аерацією потрібен контакт із адсорбентом. Якщо залізо або магній є у воді у формі органічних комплексів, слід використовувати окислення та хімічну коагуляцію.
Фторування
Часто до водопровідної води додається фтор через не пов'язану з дотриманням основних стандартів безпеки та чистоти питної води. Наявність у воді фтору в дуже малій концентрації уповільнює утворення карієсу зубів, особливо у дітей.