Как очищают грязную воду

Пример энергичного шведа служит нам уроком. Конечно, лучше бы с самого начала не загрязнять реки и озера. А для этого нужны достаточно мощные очистные сооружения, которым в свою очередь необходима централизованная, система канализации. К счастью, такие системы построены теперь почти во всех, за небольшим исключением, городах и селах ФРГ.

Системы канализации можно разделить на два типа. Один тип - раздельная канализация - предусматривает особую систему для сбора и отвода поверхностных вод - дождя, паводка, просачивающейся грунтовой воды. Для сточных вод устроена другая система. Каждая система впадает в свои сооружения для очистки либо, если сброс идет без очистки, в свой водоем. Но чаще всего применяется второй, смешанный тип: и сточные воды, и воду с улиц и дорог собирают в общую канализационную сеть. При сильных дождях количество собирающейся с улиц воды может в 300 раз превышать объем сточных вод, поэтому приходится предусматривать ливнеотводы, предотвращающие переполнение канализационной сети.

Вода, собираемая с улиц и из канав, иногда оказывается не чище сточных вод. Поэтому бывают нужны отстойники для дождевой воды, соединенные с ливнеотводами, где оседают грязь и ил. Затем вода поступает на очистку. Сначала она подвергается так называемой механической очистке, где задерживается 20-30% загрязнений. Затем идет система биологической очистки.

Как правило, в биологической очистке используется так называемый активный ил. В специальных бассейнах на органических веществах, еще остающихся в воде, прошедшей отстойники, размножаются бактерии и другие микроскопические организмы. За несколько часов эти микроорганизмы превращают органические соединения в ил, способный осесть. В одном литре очищаемой воды содержится около 100 млн микроорганизмов. Идет интенсивный процесс разложения, схожий с тем, который проходит при самоочищении в естественных водоемах. Чтобы разложение шло быстрее, необходимы большие объемы кислорода. Поэтому очищаемую воду продувают воздухом, она перемешивается винтами или дисками, при вращении вносящими в воду кислород. После этого в отстойниках активный ил, состоящий из микроорганизмов, в основном оседает на дно, а чистая вода выпускается в водоем.

За сутки в очистных сооружениях выпадает столько литров отходов - ила, сколько жителей пользуется этими сооружениями (в среднем каждый житель дает 1 л). Выпавший осадок собирают и выдерживают в закрытых башнях наподобие силосных, где он перегнивает (в условиях отсутствия воздуха); после этого из него легче удалить воду, а кроме того, он утрачивает неприятный запах. Раньше перегнивший осадок высушивали на воздухе, пока он не превращался в подобие кирпичей. Сейчас его либо прямо в жидком виде отправляют на поля в качестве удобрения, либо направляют под пресс или в центрифуги, чтобы выжать из него влагу. Отжатый таким образом осадок сточных вод свозят на свалку или компостируют вместе с мусором и другими отходами.

Ценность осадочного ила как удобрения бывает различной. Если в канализацию попадают отходы металлургических предприятий, то осадок может содержать тяжелые металлы в количествах, которые не позволяют его использовать на удобрения.

Хотя на достаточно крупных механическо-биологических очистных установках можно довести сточную воду до чистоты, позволяющей жить рыбе, в воде остается около 10% загрязнений и вредных веществ.

Их все еще в 10-20 раз больше, чем в водах природных водоемов. Такой очистки недостаточно для поддержания приемлемого качества воды в плотно населенных промышленных районах, а также там, где естественные водоемы особо чувствительны к загрязнениям. Там, где остатки загрязнений в сточных водах, прошедших очистные сооружения, слишком опасны для природы и человека, а процессы самоочищения в водоемах, куда эти воды сливают, не могут справиться с загрязнениями, приходится применять еще одну стадию - третью ступень очистки.

Эта ступень, химическая очистка, имеет целью прежде всего удалить из воды растворенные соединения фосфора, стимулирующие размножение водорослей. Такая очистка особенно важна, если очищенные воды должны сбрасываться в стоячий водоем (в озеро). К воде подмешивают особые химикаты, которые вызывают выпадение всех растворенных веществ, в том числе фосфатов, в осадок. В воде образуются хлопья, опускающиеся на дно и по пути захватывающие с собой всякую взвесь, которая еще осталась. Фильтрация вод, прошедших биологическую очистку, через тонкий фильтр, например слой песка, также помогает снизить количество остаточных органических и неорганических загрязнений.

Промышленные сточные воды, насколько возможно, следует отводить по общей системе канализации на городские очистные сооружения. К сожалению, часто это правило нарушается, и мы уже видели последствия подобного нарушения. Смешивание промышленных стоков с бытовыми часто облегчает очистку первых, так как в них обычно мало органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов активного ила. Кроме того, смешивание сглаживает колебания количества и концентрации промышленных стоков (по выходным дням их меньше или совсем нет).

Однако некоторые химические вещества, содержащиеся в промышленных сточных водах, могут нарушать работу очистных сооружений. Так, кислоты или щелочи могут вредить канализационным трубам или мешать биологической очистке. Поэтому существуют предписания, ограничивающие содержание вредных веществ в промышленных стоках, поступающих в общие очистные сооружения. Например, в них не должны содержаться яды, сильные кислоты и щелочи, масла, жиры, огнеопасные жидкости. Величина рН должна быть между 6,0 и 9,5; температура промышленных стоков не должна превышать 35°. Поясним, что величина рН говорит о кислотности или щелочности водного раствора. Если рН=7, то раствор нейтрален. Чем меньше величина рН, тем кислее раствор. Обычная шкала значений рН имеет диапазон от 0 до 14.

Степень загрязненности промышленных сточных вод принято выражать в эквивалентах бытовых стоков (ЭБС). Один ЭБС - это количество органических веществ-загрязнителей, производимое одним человеком за сутки. На их окисление, как уже говорилось, за пять суток расходуется 60 г кислорода, то есть БПК₅=60 г. Вот какие загрязнения возникают на разных производствах:

1 гектолитр пива дает 0,5-2 кг БПК5, то есть 8-33 ЭБС; 
переработка на сахар 1 т сахарной свеклы - 4-5 кг БПК5, то есть 66-80 ЭБС; 
дубление 1 т кожи-сырья дает 40 кг БПК5, то есть 660 ЭБС.

Если промышленные стоки по содержанию вредных веществ превосходят допустимые пределы, их перед спуском в общую канализацию предварительно обрабатывают на заводе. Например, с помощью маслоотделителя отделяют масло. Воду с текстильных предприятий надо нейтрализовать, из стоков гальванического предприятия удалить яды - хром и цианид.

Многие промышленные предприятия нельзя подключать к общегородской канализационной сети. В этих случаях приходится строить заводские очистные сооружения. Очистка сточных вод некоторых предприятий, например целлюлозно-бумажной промышленности, кожевенной, текстильной, клейтуковых фабрик, очень сложное дело.

Сейчас крупные металлургические предприятия перешли на полную очистку своих сточных вод ионообменными соединениями, так что эти воды можно возвращать в круговорот и применять снова и снова. Сооружение замкнутого водооборота имеет огромное значение для экономного расходования воды, поэтому к нему надо стремиться.

Воду очень часто используют для охлаждения. Это самый простой и дешевый способ отвода тепловых излишков с электростанций. Вода, забираемая из реки, проходит через электростанцию, нагреваясь примерно на 10°, и отводится обратно в реку. Это так называемое проточное охлаждение. Если при этом речная вода слишком нагревается, перед возвратом в реку нагретую воду пропускают через градирню. Там часть воды испаряется в атмосферу, унося лишнее тепло.

Если же и этот метод не снижает температуру воды настолько, чтобы она стала безопасной для водоема, приходится прибегать к замкнутой системе водяного охлаждения. После градирни воду не возвращают в водоем, а снова направляют "на работу" к агрегатам электростанции. Возможна такая конструкция системы охлаждения, которая позволяет при необходимости переходить от проточного охлаждения к замкнутому. При замкнутой системе охлаждения все лишнее тепло отводится в атмосферу через градирню. При такой системе в градирне летом на каждые 1000 МВт мощности испаряется воды: на обычной электростанции - 0,65 м³/с, на атомной - 0,8 м³/с.

Следовательно, при испарительном охлаждении вода расходуется довольно быстро. Кроме того, поступление таких количеств воды путем испарения в атмосферу может оказать нежелательное воздействие на окружающую среду, например изменить в данном месте климат. Поэтому уже с середины 80-х годов пришлось кое-где внедрить охлаждение без испарения.