На нынешнем этапе развития техносферы, при возрастающем воздействии антропогенной нагрузки на биосферу степень соответствия экономических целей современным экологическим нормативам, соблюдение которых обеспечивает охрану окружающей среды и, следовательно, человека, ставится в зависимость от нормативно обоснованных экологических отношений человека с окружающей средой. Сохранение гидросферы является одной из трех важнейших экологических задач, наряду с двумя другими – сохранением воздушного бассейна, сохранением литосферы.
В России сосредоточенно около 20 % мировых запасов поверхностных и подземных вод. Ежегодно в экономике страны используется 200 км3 воды, в том числе 90 км3 покрывается за счет оборотных систем и повторного водоиспользования. Организованный сброс в поверхностные водные объекты составляет 62–65 км3/год, из них нормативно очищается только около 10 %, что определяет кризисное состояние качества поверхностных вод [5]. Сложившиеся экологические реалии обязывают субъекты, специализирующиеся в области промышленной экологии, к решению задач по восстановлению и сохранению естественного качества поверхностных вод.
Одним из механизмов реализации Концепции государственной политики в сфере использования, восстановления и охраны водных объектов, является мониторинг, научное и информационное обеспечение [2]. Тематикой исследовательской работы специалистов Северо-Кавказского федерального университета предусмотрено ориентированное на фундаментальные исследования решения проблемных эколого-технологических задач промышленных предприятий городов Кавказских Минеральных Вод.
Очевидно, что глобальная экологическая проблема, связанная с сохранением гидросферы, не может быть решена в условиях ущербной для окружающей среды антропогенной деятельности, что и должно определить характер деятельности промышленных субъектов и специалистов в области промышленной экологии, направленный на экологизацию хозяйственной деятельности.
Основополагающим моментом в направлении работ по восстановлению и сохранению естественного качества поверхностных вод является комплексная оценка качества, определяемая требованиями к составу воды и ПДК (предельно допустимая концентрация) веществ в водных объектах в соответствии с видом водопользования. Согласно плану научно-исследовательских работ в 2013–2014 учебных годах специалистами кафедры охраны окружающей среды был проведен мониторинг работы Объединенных очистных сооружений канализации гг. Минеральные Воды – Железноводск с целью определения соответствия качества очищенных сточных вод установленным нормативам. Результаты исследования указали на необходимость углубления очистки сточных вод по фосфатам и ужесточения норматива по содержанию их в сбрасываемых в водоемы сточных водах [3]. Сделанный вывод о необходимости ужесточения нормативов содержания фосфатов в очищенных сточных водах обоснован нижеследующими соображениями и полностью отвечает основным направлениям Концепции государственной политики сохранения гидросферы.
Исходя из позиций экологически ответственного подхода к решению задач по восстановлению и сохранению естественного качества водоемов, необходимо изменить практику руководства в оценочных работах по определению соответствия установленным нормативам (ПДК) качества очищенных сточных вод среднеарифметическими данными показателей содержания в них загрязнителей. Последние складываются зачастую из широкого разброса показателей и в этом случае, скорее, указывают на наличие «узких» мест в технологии очистки сточных вод и вследствие этого, – на нестабильное качество очищенных сточных вод. Применительно к исследуемому объекту таким «узким» местом в технологии очистки сточных вод является очистка от фосфатов.
Без соблюдения стабильности показателей качества сточных вод не может быть обеспечено достижение поставленной цели – восстановление и сохранение естественного качества поверхностных вод. В целях обеспечения стабильности показателей по содержанию фосфатов в очищенных сточных водах предлагается внедрение схемы современного физико-химического метода доочистки сточных вод от фосфатов.
Совокупная деятельность живой массы водоемов обеспечивает его самоочищение. В условиях девственной природы скорость процесса самоочищения велика, что является важнейшим фактором обеспечения нормативного качества гидросферы, а это, в свою очередь, определяет важнейшую природоохранную задачу – поддержание естественной функции самоочищения водоемов. Неблагоприятное влияние на процессы самоочищения водоемов оказывает избыток биогенных элементов (азот, фосфор и др.), тормозящих естественные окислительные процессы и убивающих микроорганизмы, играющие существенную роль в процессах самоочищении водоемов. Фосфаты и их соединения являются наиболее устойчивыми из биогенных элементов. Кроме того, воздействие фосфатов усугубляется содержанием в них тяжелых металлов и других канцерогенных веществ [4].
Использование физико-химических методов для очистки сточных вод по сравнению с биохимическими имеет ряд преимуществ: возможность удаления из сточных вод токсичных биохимически неокисляемых органических загрязнений; достижение более глубокой и стабильной степени очистки; меньшие размеры сооружений; меньшая чувствительность к изменениям нагрузок; возможность полной автоматизации; более глубокая изученность кинетики некоторых процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчета аппаратуры; возможность рекуперации различных веществ [1, 6].
Как показал проведенный анализ современных методов очистки сточных вод от фосфатов, применительно к составу сточных вод объединенных очистных сооружений канализации гг. Минеральные Воды – Железноводск и с учетом наибольшей эффективности рассмотренных технологических схем процессов коагуляции целесообразным является внедрение технологической схемы трехступенчатой физико-химической доочистки сточных вод от фосфатов.
По предлагаемой схеме существенное повышение эффективности очистных сооружений обеспечивается путем сочетания реагентной обработки сточных вод с адсорбционной ступенью очистки – фильтрованием через слой активного угля. При необходимости достижения глубокой очистки сточных вод на очистных сооружениях с ограниченной территорией может быть применен технологический процесс по схеме; коагулирование → флотация → сорбция. Технологическая схема процесса изображена на рисунке [1].
Замена отстойников на флотаторы-отстойники, имеющие зону осаждения тяжелых примесей, в несколько раз уменьшает продолжительность стадии отделения механических примесей сточных вод.
Технологическая схема физико-химической очистки сточных вод от фосфатов: 1 – решетки; 2 – песколовка; 3 – камера флокуляции; 4 – отстойник-флотатор; 5 – контактная камера; 6 – адсорбционные фильтры; 7 – подача коагулянта; 8 – подача флокулянта; 9 – озонатор; 10 – резервуар грязных промывных вод; 11 – подача полиэлектролита; 12 – уплотнитель осадка; 13 – фильтр-пресс
Сброс фосфатов со сточными водами исследуемого объекта, с учетом индекса опасности, составляет около 800 т/год. Предлагаемая схема позволит снизить содержание фосфатов в сточной воде на 95 %, т.е. фактический сброс после внедрения мероприятия составит 40 т/год.
Предотвращенный годовой экономический ущерб в результате внедрения предлагаемой схемы по предварительным расчетам составит 14040,854 тыс. руб./год
Внедрение современных экологизированных технологий производства продукции и очистки сточных вод является единственным эффективным методом решения глобальной экологической проблемы, связанной с восстановлением и сохранением естественного качества поверхностных вод и всей гидросферы.
Рецензенты:
Галкин М.А., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой ботаники, Пятигорский медико-фармацевтический институт, филиал, ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет», г. Пятигорск;
Першин И.М., д.т.н., профессор, зав. кафедрой УТиБС, Институт сервиса, туризма и дизайна (филиал), ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», г. Пятигорск.