26.2. Води в промисловості

Промисловість споживає дуже багато води. Наприклад, на виробництво на 1000 банок консервів в залежності від їх виду і типу тари витрачається від 2 до 20 м води, а на виробництво 1 т м'яса — більше 15 м, молока — 8 м. Споживання води пов'яза­но з миттям, очищенням сировини, застосуванням гідротранс­порту, використанням води як охолоджувача (теплоносія) в дви­гунах, машинах та апаратах, екстрагента, а також з витратами води на господарські та побутові потреби.

Використання води можна розподілити на дві категорії: тех­нологічні та технічні. В результаті використання свіжої води ут­ворюються забруднені стічні води з різною концентрацією та ви­дами забруднень: господарсько-побутові, транспортні та інші.

Частина води повертається в природні водоймища зі значною кількістю забруднень, які наносять збитки довкіллю. Головною причиною цих збитків є недосконалість очисних споруд із прямо­точними схемами очищення. В інших випадках стічні промислові води містять компоненти, які можна використовувати в народно­му господарстві.

Припустимі концентрації шкідливих речовин контролюються державною санітарною інспекцією. Рівень забруднення навко­лишнього середовища підприємствами незалежно від джерела, виду чи форми забруднень визначають середньозваженною вели­чиною, яка обчислюється за формулою:

,

де m — кількість балів міри забруднення середовища підприємст­вами і-го класу;

n — кількість підприємств, що віднесені до і-го класу степені

забруднення навколишнього середовища;

N — кількість, що віднесена до і-го класу ступеню забруднен­ня навколишнього середовища;

n — кількість і-х класів чистоти у відповідності з установленою шкалою міри забруднення навколишнього середовища.

853

Узагальнено рівень забруднення навколишнього середовища можна визначити за формулою

,

де N — кількість підприємств галузі які забруднюють навко­лишнє середовище, не застосовуючи речовин для знеза­раження або утилізаціі шкідливих речовин;

N — кількість підприємств галузі, які частково утилізують шкідливі викиди;

N—загальна кількість підприємств галузі, які потенціально можуть забруднювати навколишнє середовище.

Охорона навколишнього середовища передбачена законодав­ством України.

Закон про охорону навколишнього середовища, який включає розробку нових безвідходних технологічних процесів, більш ефек­тивних засобів та матеріалів для очищення відпрацьованих газів та води, а також вдосконалення системи керування процесом очищен­ня з метою покращення якості та надійності роботи очисних споруд.

Техніка і технологія повинні органічно вписуватися в круго­обіг речовин у природі, збільшуючи його, але не порушуючи при цьому замкнутого характеру кругообігу. Технологія повинна бу­ти економічною, тобто бути в органічній єдності з біосферою (природним середовищем).

В проектах на будівництво нових і реконструкцію існуючих підприємств у спеціальному розділі перелічено заходи по охороні водоймищ, грунту та атмосферного повітря від забруднень стічними водами та іншими промисловими викидами.

Зростаючі потреби на воду і погіршення її якості постають у число актуальних проблем раціонального використаня і охорони водних запасів — важливої складової частини національного ба­гатства Украіни. В деяких проектах підприємств передбачаються складні очисні споруди, які займають значну земельну площу. їх вартість складає значну частину загальної суми капітальних вкла­день на будівництво об'єктів (до 20%). Зростають також експлуа­таційні витрати, що пов'язані з водоканалізіалізаційним госпо­дарством. Ці витрати будуть збільшуватися, якщо буде введено, як передбачається, плата за використання природних ресурсів, в тому числі води. У вартість води зараз входять тільки витрати на насосні станції і інші установки для подачі чи очищення. Тому економіка водокористаппя стала дуже важливим фактором підви­щення ефективності виробництва в харчовій промисловості.

854

До певного часу проблеми водокористування не існувало. Підприємства брали воду безкоштовно з річок, озер, ставків або артезіанських свердловин. Стічні води після незначного очищен­ня спускали у водоймища в розрахунку на розбавлення і поступо­ве природне самоочищення. Міські каналізаційні мережі прийма­ли стічні води підприємств промисловості, що розміщенні у містах і селищах без обмежень.

У зв'язку з нестачею прісної води зараз створилася серйозна загроза забруднення навколишнього середовища, в тому числі і водоймищ. Це забов'язує державу й інших суб'єктів господарю­вання вживати серйозні і термінові заходи по охороні і економ­ному використанні водних ресурсів, а законодавчому органу — удосконалити низку законів по екологічній законодавчій базі.

Необхідність охорони водних ресурсів пов'язана також з іх обмеженністю, недостатньою потужністю очисних споруд підприємств та поселень, недостатнім використанням водоз-берігаючих техологій. За експертними оцінками забезпеченність України водними ресурсами, про що раніше вказувалось, стано­вить 50% при щорічному споживанні води біля

100 млрд. м.

Значна кількість органічних речовий, які містяться у відпрацьо­ваних водах підприємств, розкладають кисень і тим самим порушу­ють складні біологічні цикли в річках та інших водоймищах. Деякі води містять токсичні речовини, отруюють водяну флору і фауну. До більш шкідливих і небезпечних відносять викиди хімічної, мета­лургійної, картоплепереробної, спиртової, пивоварної та інших га­лузей. Механізація збирання сільськогосподарських культур (цук­рових буряків, картоплі, овочів) значно знизила трудомісткість робіт, але привела до того, що на підприємства по переробці овочів надходять більш забрудненими, а це пов'язано з підвищенням вит­рат води на іх миття, що створює труднощі із очищенням води.

26.3. Технічні і гігієнічні вимоги до води

Промислові підприємства використовують воду трьох кате­горій: господарсько-питну; виробничу; протипожежну. Склад і властивості води з будь-якого джерела, способу обробки води і конструктивних особливостей водопроводної мережі повинні відповідати ДОСТ 2874-73 "Вода питна". Вода, яка подається споживачам, повинна бути захищенна від випадкового або систе­матичного забруднення створенням зон санітарної охорони і гер-

855

метичності і водопровідних систем. Якість цієї води визначається сукупністю її властивостей і складу в місцях знаходження.

Бактеріологічні показники. Безпечність води в епідемічному відношенні визначається непрямими показниками: рівнем загально­го бактеріального забруднення і вмістом бактерій групп кишковоі палички. До бактерій групп кишкової палички у питній воді відно­сяться грамнегативні, які не утворюють спори та зброджують лак­тозу із утворенням кислоти і газу при 37 °С протягом (24.. .48) год., або які зброджують глюкозу з утворенням кислоти та газу при 37 °С протягом 24 годин і не мають оксидазної активності.

До токсичних речовин відносять миш'як (арсен), нітрити, нітрати, свинець, селен, фтор та ін. Суворо регламентується вміст радіоактивних елементів. В одному літрі питної води не повинно міститися більш ніж 10 мг азоту, нітратів і до 1 мг нітритів. В де­яких джерелах вміст нітратів та нітритів перевищує припустимі норми в десятки разів.

Органолептичні показники

Органолептичні властивості води (запах, колір, присмак, по­мутніння) обумовлені вмістом хімічних речовин, шкідливість яких визначається здатністю в найменших концентраціях погіршувати органолептичні властивості води.

Вода повинна відповідати таким вимогам:

- запах при 20 °С та при підігріванні до 60 °С — не більше 2 балів;

- колір за платиново-кобольтовою або імітуючою шкалою — не більше 20 градусів;

- помутніння за стандартною шкалою — не більш 1,5 м тіл.;

- за згодою санітарно-епідемічної служби колір води може бу­ти 35 градусів.

Вода не повинна містити відрізняємі неозброєним оком вод­них організмів і не повинна мати на поверхні плівку. Специфічні запахи та присмак, які з'являються при хлоруванні, не повинні перебільшувати 1-го балу. Хімічні речовини, які впливають на органолептичні показники води, що зустрічаються в природних водах в процесі її обробки, не повинні перевищувати норми. Вод­невий ноказник (рН) повинен бути в межах (6,5...8,0).

Жорсткість води визначають в міліграм еквівалентах іонів Са або Mg, що містяться у одному літрі води. Іншими словами за одиницю жорсткості приймають 20,04 мг/л іону. Відрізняють тимчасову, постійну та загальну жорсткість. Тимчасова (карбо-

856

натна, або, та від якої можна позбавитись обумовлена присут­ністю в воді бікарбонатів кальцію і магнію, які при кипятінні пе­реходять в нерозчинні карбонати і випадають у вигляді щільного осадку (накипу)

Постійна або стала (некарбонатна, або така що від неї не мож­на позбавитись) жорсткість обумовлепа вмістом всіх інших солей кальцію та магнію, які при кипятінні залишаються у розчиненому стані. В сумі тимчасова і стала жорсткість утворюють загальну жорсткість води. В залежності від вмісту іонів Са і Mg відрізня­ють дуже м'яку (із вмістом до 1,5 мг-екв/л), м'яку (1,5), помірно жор­стку (3.. .6), жорстку (6... 10) і дуже жорстку 10 і більше мг-екв/л).

Для пом'якшення води застосовують хімічні (вапневі, содові, нітратні і фосфатні), а також фізико-хімічні (іонообмінні) засоби.

Окислюваність води обумовлення вмістом органічних домі­шок і визначається кількистю перманганату калію, що витраче­но при кипятінні одного літра води із надлишком КМпО протя­гом 10 хв.

Кислотність або лужність води характеризується концентра­цією водних іонів, які визначають за допомогою індикаторів. При рН = 6,5 воду вважають кислою, при рН =7,5 — лужною. В про­мисловому водокористанні визначають прісну воду, яка містить 1 г солей у 1 л води, та солону із вмістом більше 1 г солей у 1 л.

Показники забруднень стічних вод. В результаті використан­ня чистої води для господарчих чи виробничих потреб та в про-типожарному забезпеченні утворюються забрудненні стічні води господарсько-побутові, виробничі з різною мірою забруднення (умовночисті, транспортно-мийні), а також атмосферні.

Забруднення стічних вод підприємств можна поділити на орга­нічні, неорганічні та біологічні. Органічні забруднення бувають рослинного походження (залишки рослин, плодів, злаків, паперу) і тваринного (фізіологічні виділення тварин, залишки тканин, жири). Неорганічну частину забруднень складають пісок, глина, частинки шлаків, мінеральні солі, луги, мінеральні масла й інші речовини.

Біологічні забруднення в стічних водах представлені бак­теріями, гельмінтами, дріжджовими та плісневими грибами, дрібними водорослями, вірусами, тощо.

Важлими показниками забрудненості стічних вод є наявність завислих змулених речовин, плаваючих домішок, забарвлення,

857

температура, мінеральний склад домішок, розчинений кисень, біохімічна потреба в кисні, а також збудників захворювань і от­руйних речовин.

Біохімічна потреба в кисні (БПК) характеризується кількісно кисню, який витрачають на біохімічні процеси. БПК визначають протягом 5, 10 і 20 діб до кінцевого розкладу органічних сполук, тобто БПК, БПК, БПК та БПК. У нас прийнято показник БПКІЮВ. Хімічна потреба в кисні (ХПК) визначається розрахунко­вою кількістю кисню, необхідною для повного окислення еле­ментів органічноі речовини. БПК завжди менше ХПК, оскільки частина органічних речовин витрачається на приріст живих ор­ганізмів активного мулу і входить в стійкі органічні сполуки, що не порушуються біохімічними процесами.

В стічних водах промисловості і побутових водах міститься багато завислих і розчинених речовин органічного походження, що визначають значний рівень БПК і ХПК. Ці показники визна­чають лабораторним аналізом періодичного відбора проб, що потребує значних витрат часу. До органолептичних показників відносять смак води, її забарвлення і запах. Забарвлення води найчастіше залежить від концентраціі завислих речовин. їх кон­тролюють автоматіїчно за допомогою різних методів вимірю­вання. Оптичні методи контролю виправдовують себе тільки при порівняно невисокій концентраціі завислих частинок (до 10 г/л). При більшій концентрації необхідні інші методи вимірювання цієї величини. Температуру стічних вод контролюють за допомо­гою автоматичних потенціометрів і мостів, а забарвлення — за допомогою аналізаторів кольору.

Бактеріологічний аналіз зводиться до визначення кількості бактерій в 1 л. води, колі-індексу (не більше 3) та колі-тітру (не менше 300). Побічним показником бактеріологічного обнасінен-ня може бути концентрація залишкового хлору в стічній воді. Промисловістю випускаються пристрої для автоматичного виз­начення концентрації залишкового хлору (А-КХ.ФАК-1), але во­ни не знайшли широкого розповсюдження через ряд недоліків, головним з яких значна тривалість аналізу (20...ЗО) хв. Із розгля­нутих показників забруднення стічних вод основними є концент­рація завислих частинок, залишкового хлору і БПК Інші показ­ники (реакція рН і температура стічних вод), незначна і коротко­часна зміна яких приводить до порушення процесу очищення вважаються допоміжними.

858

Водопостачання підприємств складається з двох потоків тех-нологічноі води, яка відповідає вимогам 2874-73 "Вода питна" і ДОСТ 2761-73 джерела централізованого господарсько-питного водопостачання і технічноі води, яку беруть із водоймищ і ар­тезіанських свердловин.

Технічна вода поділяється на три категоріі. Вода 1-ої категорії використовується як теплоносій для охолодження машин та апа­ратів (двигунів, конденсаторів, тощо), ІІ-ої категорії в якості се­редовища, яке поглинає транспорта і домішки при безпосереднь­ому контакті води з продуктами миття, Ш-ої категоріі - тільки як засіб транспорту (гідротранспортування відходів). Показники якості для технічної води Ш-ої категоріі не нормуються, а технічна вода І і II категорії, крім специфічних вимог повинна відповідати загальним вимогам, що вказані в таблиці 26.2.

В залежності від виду забруднень стічні води поділяють на чо­тири потоки господарсько-побутові, які скидають в міську ка­налізацію; транспортні і транспортно-мийні, які характеризують­ся в основном неорганічними забрудненнями, технологічні з ор­ганічними і біологічними забрудненнями Останні, як правило, використовують повторно після охолодження. Всі інші потоки перед повторним використанням обов'язково проходять ме­ханічну і біологічну очистку та знезараження.

Таблиця 26.2

Вимоги до технічної води І і II категорій

Очищені стічні води після розбавлення свіжою водогонною водою можуть бути використані на технічні потреби підпри­ємств. При необхідності частина очищеної води може виводити­ся із рециркулюючої системи. Таким чином, проблему водопос-

859

тачання підприємств технічною водою можна частково розв'яза­ти за допомогою повторного використання очисних споруд. Ви­моги до показників якості води, що надходить на виробництво, встановлюють в кожному конкретному випадку в залежності від особливостей технологічних процесів.

Вибір устаткування і параметрів очисних споруд визна­чається категорією технічноі води, характером і величиною зміни основних характеристик, концентрацією забруднень, вит­ратою води, температурою і рН. Як правило, така схема включає в себе споруди механічної і біологічної очистки, а також устатку­вання для знезараження стічних вод.

Механічну очистку застосовують для вилучення із стічної води нерозчинених і частково колоїдних забруднень. На більшості очис­них споруд підприємств передбачено тільки механічне очищення стічних вод. До складу цих споруд входять решітки, сита, гідроцик­лони, відстійники Крупні частинки відокремлюють гідроциклона­ми, сепараторами, відстійниками. Первинні відстійники застосову­ються для попереднього відстоювання стічних вод перед біологічним очищенням. Якщо якість води, яка відповідає санітар­ним вимогам забезпечується механічним очищенням, то прояснені у відстійнику води після дезінфекції скидають у водоймища. Прак­тика показала, що ефективність роботи відстійників складає (40...70)% від теоретично можливої. Це пояснюється неповнотою фізико-хімічних процесів, які перебігають при обробці води реаген­тами, а також гідродинамічними умовами водоймищ, нерівно­мірністю надходження стічних вод, зміною температури, тощо.

В процесі біологічного очищення речовини стічних вод окислю­ються мікроорганізмами. Склад споруд біологічної очистки виби­рають в залежності від необхідного рівня очищення, складу забруд­нень стічної рідини, ґрунтових умов і потужності водоймища. Відрізняють біологічну очистку в умовах близьких до природних і штучно створених (біологічні фільтри, аеротенки). Поля фільтрацй і біологічні ставки вимагають значної площі та малопродуктивні.

При очищенні в біологічних фільтрах на поверхні зерен заван­таження фільтру сорбуються нерозчинені і колоїдні забруднення, що утворюють біологічну плівку, заселену мікроорганізмами. По-падаючи на цю плівку, розчинені забруднення стічних вод окислю­ються мікроорганізмами. Відмерша плівка змивається рідиною і виноситься із біофільтра, утворюючи так званий активний мул Ці принципи покладено також в основу процесів очищення стічних

860

вод в аеротенках. Основну роль тут відіграють аеробні мікроор­ганізми, колонії яких і утворюють активний мул. Відмерла біоплівка і активний мул із споруд біологічної очистки разом з очищеною стічною рідиною надходить до вторинних відстійників.

Технологічний режим вторинних відстійників істотно відріз­няється від режиму первинних складом і концентрацією осадже­них домішок і гідродинамічними параметрами. Знезаражують стічні води з метою знищення хвороботворних бактерій. Най­більш розповсюдженим методом знезаражування с хлорування.

Параметри забрудненості стічних вод можуть змінюватися, що значно порушує процеси очищення і знезаражування, і приво­дить до зниження якості роботи очисних споруд. Головними при­чинами порушення технологічних процесів очищення є не­стабільне надходження стоків та неравномірна концентрація за­бруднень. Наприклад, біологічне здійснюється лише певними ви­дами мікроорганізмів, а видове співвідношення між мікроорга­нізмами визначається особливостями і концентрацією органіч­них забруднень. Порушення цього співвідношення на тривалий час знижує ефективність біологічного очищення. Неравномірне надходження стоків також значно порушує процеси осадження і знезараження. Впливають на них температура води,значення рН т.і. Наприклад, біологічне очищення може відбуватися при тем­пературі від 0 до 30 °С. При зміні температури змінюється кон­станта споживання кисню і швидкість біологічного очищення.

Зменшити вплив нерівномірності надходження стічної води і концентрації забруднень можна за допомогою усереднювання ціх характеристик перед очищенням. Об'єм усереднювачів визна­чається частотою і амплітудою коливань показників витрат і за­брудненості, які припускабть технічні параметри споруд ме­ханічної і біологічної очистки. Застосування автоматичнх засобів керування дозволяє значно зменшити розміри усереднювачів.

Одним із кардинальних мегодів розв'язання проблеми водови-користання може бути створення безвідходної технології, тобто таких технологічних процесів, які б взагалі не давали відходів. Оскільки існуюча техніка і технологія не мають таких можливос­тей, то в кожній галузі розв'язувати цю проблему треба перш за все підвищенням ефективності очисних агрегатів і споруд. Сучасні біологічні та інші методи очищення стічних вод достатньо ефек­тивні, але вони вимагають значних затрат в першу чергу на спору­дження резервуарів (відстійників, біологічних ставків, аеротенків,

861

усереднювачів), в яких вода втримується протягом досить трива­лого часу. Досвід експлуатації очисних споруд показав, що вони не гарантують повну чистоту водоймищ, збереженість чи відновлен­ня екологічної рівноваги. Це зв'язано з тим, що біологічні процеси інтенсивно протікають тільки влітку, протягом (50...90) діб, а зи­мою вони сповільнюються або зовсім припиняються.

Зворотнє водопостачання в промисловості принципово можли­ве, але пов'язано з ускадненням очисних споруд і збільшенням вит­рат. Вода, яка супроводжує продукти в процесі миття, забруднює­ться не тільки органічними і неорганічними домішками, але і мік­роорганізмами. Тому вторинне використання її для обробки про­дуктів можливе тільки при повному очищенні і знезаражуванні. За­мкнуті схеми зворотного водопостачання застосовуються лише для технічної води, яка використовується для живлення парових кот­лів, охолодження вакуум-апаратів, холодильніх компресорів і ті.

Проблема чистої води. Для того, щоб стічну воду зробити питною, треба більш глибоке очищення, технологія якого має на­зву "Відновлення якості води". Декілька таких споруд в світі вже працюють. Проте одерження із стічної води питної, яка б відповідала всім вимогам світових стандартів, поки не вдається. Використати очищену води для замкнутих систем теж не завжди доцільно, оскільки з кожним циклом очищення концентрація со­лей збільшується приблизно на 300 мг/л.

Принципова схема очищення стічної води до якості питної дуже складна та дорога. В цю схему треба включити і такі еле­ментарні операції як коагуляція, корегування на рН, іонообмін, адсорбцію, озонування, демінералізацію (знесолення) та інші.

Для цього треба використати ряд досконалих технічних за­собів (зворотний осмос або гіперфільтрування, адсорбцію із ви­користання активованого вугілля, нові більш надійні методи фільтрування через кварцевий пісок та антрацитову крихту).

У зв'язку з цим основні зусилля треба зосередити на змен­шенні витрат води. Створення окремих роздільних схем водопо­стачання і каналізацій для різних виробничих ділянок, для води з різним складом та концентрації забрудненості (зокрема закільцьованих гідротранспортерів для сировини), при застосу­ванні сучасних засобів очищення і знезараження розширює мож­ливості повторного використання води.

Важливим перспективним напрямком є заміна "мокрих" про­цесів "сухими". Застосування неочищених чи і очищених вод для

862

зрошення сільськогосподарських ділянок є також одним із засо­бів іх утилізаціі. Можливість використання стічних вод для зро­шення залежить від характеру, рельєфу місцевості, відстані між заводами та ланами зрошення.

26.4. Умови спуску стічних вод у водоймища

При рішенні питания про умови чи припустимість спуску стічних вод проектусмого підприємства в призначене для цього водоймища обов'язково обслідують з точки зору його санітарної охорони.

Відрізняють водовикористання двох видів:

1 — водоймище використовується в якості джерела цент­ралізованого питного водопостачання, а також для постачання харчових підприємств

2 — водоймище служить місцем купання, спортивних занять та відпочинку населения (сюди також відносяться водоймища, розташовані на межі поселень).

Склад і властивості води в пунктах водовикористання за жод­ним із показників не повинні перевищувати нормативи наведені в правилах охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами.

Таблиця 26.3

Вимоги до складу і властивостей води водоймищ як джерел водокористання

При проведенні попереджувального санітарного нагляду виз­начають склад і властивості в місці можливого спуску стічних вод. Крім цього збирають докладні гідрологічні, гідрогеологічні та інші данні про водоймище, зокрема дані про витрати води річки, її кисневий баланс, БПК т.і.

Водоймища, як приймачі стічних вод, діляться на проточні, в яких вода переміщується із відносно великими швидкостями, про-

863

точні з малими швидкостями переміщення води і зовсім непро­точні (водосховища., озера). Очевидно, що перемішування стічної рідини з водою у водоймищах обох груп перебігає по-різному.