Овај чланак има за циљ да пружи читаоцу разумевање тренутно доступне технологије за приступ контроли загађења воде, надовезујући се на дискусију о трендовима и појавама које су дали Хеспанхол и Хелмер у поглављу Опасности по здравље животне средине. Следећи одељци се баве контролом проблема загађења вода, прво под насловом „Контрола загађења површинских вода“, а затим под насловом „Контрола загађења подземних вода“.

Контрола загађења површинских вода

Дефиниција загађења воде

Загађење воде се односи на квалитативно стање нечистоће или нечистоће у хидролошким водама одређеног региона, као што је слив. То је резултат појаве или процеса који узрокује смањење корисности земаљских вода, посебно у вези са људским здрављем и утицајима на животну средину. Процес загађења наглашава губитак чистоће кроз контаминацију, што даље имплицира упад или контакт са спољним извором као узрок. Термин заражен се примењује на екстремно ниске нивое загађења воде, као у њиховој почетној корупцији и пропадању. Скрвљење је резултат загађења и указује на кршење или скрнављење.

Хидролошке воде

Природне воде Земље могу се посматрати као систем који непрекидно кружи као што је приказано на слици 1, која пружа графичку илустрацију вода у хидролошком циклусу, укључујући и површинске и подземне воде.

Слика 1. Хидролошки циклус

Као референца за квалитет воде, дестиловане воде (Х₂О) представљају највише стање чистоће. Воде у хидролошком циклусу могу се посматрати као природне, али нису чисте. Загађују се и природним и људским активностима. Ефекти природне деградације могу произаћи из безброј извора – од фауне, флоре, ерупција вулкана, удара грома који изазивају пожаре и тако даље, за које се на дугорочној основи сматра да су преовлађујући позадински нивои у научне сврхе.

Загађење изазвано људским фактором нарушава природну равнотежу наметањем отпадних материјала који се испуштају из различитих извора. Загађивачи могу бити унети у воде хидролошког циклуса у било ком тренутку. На пример: атмосферске падавине (киша) могу бити контаминиране загађивачима ваздуха; површинске воде могу постати загађене у процесу отицања са сливова; канализација се може испуштати у потоке и реке; а подземне воде могу постати загађене инфилтрацијом и подземном контаминацијом.

 

 

Слика 2 приказује расподелу хидролошких вода. Загађење се тада наноси на ове воде и стога се може посматрати као неприродно или неуравнотежено стање животне средине. Процес загађивања може се десити у водама било ког дела хидролошког циклуса, а очигледнији је на површини земље у виду отицања из сливова у потоке и реке. Међутим, загађење подземних вода такође има велики утицај на животну средину и о њему се говори у одељку о загађењу површинских вода.

Слика 2. Расподела падавина

Сливови извори загађења вода

Сливови су изворни домен загађења површинских вода. Слив се дефинише као област земљине површине на коју хидролошке воде падају, акумулирају се, користе, одлажу и на крају се испуштају у потоке, реке или друга водна тела. Састоји се од дренажног система са крајњим отицањем или сакупљањем у потоку или реци. Велике речне сливове се обично називају сливовима. Слика 3 је приказ хидролошког циклуса на регионалном сливу. За регион, диспозиција различитих вода може се написати као једноставна једначина, која је основна једначина хидрологије коју су написали Виессман, Левис и Кнапп (1989); типичне јединице су мм/годишње:

П - Р - Г - Е - Т = ±S

где је:

P = падавине (тј. падавине, снежне падавине, град)

R = отицање или површински ток слива

G = подземне воде

E = испаравање

T = транспирација

S = површинско складиштење

Слика 3. Регионални хидролошки циклус

Падавине се посматрају као почетни облик у горњем хидролошком буџету. Израз отицање је синоним за ток. Складиштење се односи на резервоаре или системе за задржавање који сакупљају воду; на пример, брана коју је направио човек (бараж) на реци ствара резервоар за потребе складиштења воде. Подземне воде се сакупљају као систем за складиштење и могу тећи са једне локације на другу; може бити инфлуентна или ефлуентна у односу на површинске токове. Испаравање је површински феномен воде, а транспирација је повезана са преносом из биоте.

 

 

 

 

 

 

 

Иако сливови могу веома варирати по величини, одређени дренажни системи за означавање загађења воде се класификују као урбани или неурбани (пољопривредни, рурални, неразвијени) по карактеру. Загађење које се јавља у овим дренажним системима потиче из следећих извора:

Извори тачака: отпад се испушта у пријемно водно тело на одређеној локацији, на месту као што је канализациона цев или нека врста испуста концентрисаног система.

Нетачкасти (распршени) извори: загађење које улази у пријемно водно тијело из дисперзованих извора у сливу; типично је одвођење несакупљених падавина отицања воде у поток. Нетачкасти извори се такође понекад називају „дифузним“ водама; међутим, термин распршен се сматра више дескриптивним.

Повремени извори: са тачке или извора који се испушта под одређеним околностима, као што су услови преоптерећења; комбинована преливања канализације током периода отицања обилних падавина су типична.

Загађивачи воде у потоцима и рекама

Када се штетни отпадни материјали из горе наведених извора испуштају у потоке или друге водене површине, они постају загађивачи који су класификовани и описани у претходном одељку. Загађивачи или загађивачи који улазе у водно тело могу се даље поделити на:

• разградиви (неконзервативни) загађивачи: нечистоће које се на крају разлажу у безопасне супстанце или које се могу уклонити методама третмана; то јест, одређени органски материјали и хемикалије, кућна канализација, топлота, хранљиве материје биљака, већина бактерија и вируса, одређени седименти
• неразградиви (конзервативни) загађивачи: нечистоће које опстају у воденој средини и не смањују концентрацију осим ако се не разблаже или уклоне кроз третман; односно одређене органске и неорганске хемикалије, соли, колоидне суспензије
• опасних загађивача у води: сложени облици штетног отпада укључујући токсичне метале у траговима, одређена неорганска и органска једињења
• радионуклидне загађиваче: материјали који су били изложени радиоактивном извору.

 

Прописи о контроли загађења вода

Шире применљиве прописе о контроли загађивања вода углавном доносе националне владине агенције, са детаљнијим прописима држава, покрајина, општина, водних округа, округа за очување, санитарних комисија и других. На националном и државном (или покрајинском) нивоу, агенције за заштиту животне средине (ЕПА) и министарства здравља обично су задужени за ову одговорност. У дискусији о прописима у наставку, формат и одређени делови прате пример стандарда квалитета воде који се тренутно примењују у америчкој држави Охајо.

Ознаке коришћења квалитета воде

Крајњи циљ у контроли загађења вода био би нулто испуштање загађујућих материја у водна тијела; међутим, потпуно постизање овог циља обично није исплативо. Преферирани приступ је постављање ограничења на одлагање отпада ради разумне заштите здравља људи и животне средине. Иако се ови стандарди могу значајно разликовати у различитим јурисдикцијама, ознаке употребе за одређена водна тијела су обично основа, као што је укратко објашњено у наставку.

Снабдевање водом обухвата:

• јавни водовод: воде које ће уз конвенционални третман бити погодне за људску употребу
• пољопривредно снабдевање: воде погодне за наводњавање и појење стоке без третмана
• индустријско/комерцијално снабдевање: воде погодне за индустријску и комерцијалну употребу са или без третмана.

 

Рекреативне активности укључују:

• воде за купање: воде које су током одређених годишњих доба погодне за купање у складу са одобреним квалитетом воде уз заштитне услове и објекте
• Примарни контакт: воде које су током одређених годишњих доба погодне за рекреацију пуним телесним контактом као што је пливање, вожња кануом и подводно роњење уз минималну опасност по јавно здравље као резултат квалитета воде
• секундарни контакт: воде које су током одређених годишњих доба погодне за рекреацију делимичног телесног контакта, као што је, али не ограничавајући се на, гажење, уз минималну опасност по јавно здравље као резултат квалитета воде.

 

Јавни водни ресурси се категоришу као водна тијела која се налазе у оквиру система паркова, мочвара, подручја дивљих животиња, дивљих, сликовитих и рекреативних ријека и језера у јавном власништву, те воде од изузетног рекреативног или еколошког значаја.

Станишта воденог живота

Типичне ознаке ће се разликовати у зависности од климе, али се односе на услове у водним тијелима за подршку и одржавање одређених водених организама, посебно различитих врста риба. На пример, ознаке употребе у умереној клими како су подељене у прописима Агенције за заштиту животне средине државе Охајо (ЕПА) су наведене у наставку без детаљних описа:

• топла вода
• ограничена топла вода
• изузетна топла вода
• модификована топла вода
• сезонски салмонид
• хладна вода
• ограничени ресурси воде.

 

Критеријуми контроле загађења воде

Природне воде и отпадне воде карактеришу физички, хемијски и биолошки састав. Основна физичка својства и хемијски и биолошки састојци отпадне воде и њихови извори су дугачка листа, објављена у уџбенику Меткалфа и Едија (1991). Аналитичке методе за ова одређивања дате су у широко коришћеном приручнику под насловом Стандардне методе за испитивање воде и отпадних вода од стране Америчког удружења за јавно здравље (1995).

Свако одређено водно тијело треба контролисати у складу са прописима који се могу састојати од основних и детаљнијих нумеричких критеријума као што је укратко објашњено у наставку.

Основна слобода од загађења. У мери у којој је то практично и могуће, сва водена тела треба да достигну основне критеријуме „Пет слобода од загађења”:

1. без суспендованих чврстих материја или других супстанци које улазе у воде као резултат људске активности и које ће се таложити и формирати труле или на други начин непожељне наслаге муља, или које ће штетно утицати на водени свет
2. без плутајућих остатака, уља, шљама и других плутајућих материјала који улазе у воде као резултат људске активности у количинама довољним да буду ружне или проузрокују деградацију
3. без материјала који улазе у воде као резултат људске активности, производећи боју, мирис или друге услове у таквом степену да стварају сметњу
4. без супстанци које улазе у воде као резултат људске активности, у концентрацијама које су токсичне или штетне за људе, животиње или водени свет и/или су брзо смртоносне у зони мешања
5. без хранљивих материја које улазе у воде као резултат људске активности, у концентрацијама које стварају неугодан раст водених корова и алги.

 

Критеријуми квалитета воде су бројчана ограничења и смернице за контролу хемијских, биолошких и токсичних састојака у водним тијелима.

Са преко 70,000 и више хемијских једињења која се данас користе, непрактично је одредити контролу сваког од њих. Међутим, критеријуми за хемикалије се могу утврдити на основу ограничења јер се они пре свега односе на три главне класе потрошње и изложености:

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за заштиту здравља људи су од највеће важности и требало би да буду постављени у складу са препорукама владиних здравствених агенција, СЗО и признатих организација за истраживање здравља.

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за контролу пољопривредног водоснабдевања треба да се заснивају на признатим научним студијама и препорукама које ће заштитити од штетних ефеката на усеве и стоку као последица наводњавања усева и појења стоке.

Класа КСНУМКС: Хемијски критеријуми за заштиту воденог света треба да се заснивају на признатим научним студијама о осетљивости ових врста на специфичне хемикалије, као иу вези са људском потрошњом рибе и морских плодова.

Критеријуми за ефлуент отпадних вода односе се на ограничења загађујућих састојака присутних у ефлуентима отпадних вода и представљају даљи метод контроле. Оне се могу поставити као повезане са ознакама употребе воде водних тијела и као што се односе на горе наведене класе за хемијске критеријуме.

Биолошки критеријуми су засновани на условима станишта водног тела који су потребни за одржавање воденог живота.

Органски садржај отпадних вода и природних вода

Бруто садржај органске материје је најважнији у карактеризацији јачине загађења и отпадних и природних вода. У ту сврху се обично користе три лабораторијска теста:

Биохемијска потреба за кисеоником (БПК): петодневни БПК (БПК5) је најчешће коришћени параметар; овај тест мери растворени кисеоник који користе микроорганизми у биохемијској оксидацији органске материје током овог периода.

Хемијска потреба за кисеоником (ЦОД): овај тест је за мерење органске материје у комуналном и индустријском отпаду који садржи једињења која су токсична за биолошки живот; то је мера еквивалента кисеоника органске материје која се може оксидовати.

Укупни органски угљеник (ТОЦ): овај тест је посебно применљив на мале концентрације органске материје у води; то је мера органске материје која је оксидована у угљен-диоксид.

Прописи антидеградационе политике

Прописи против деградације су даљи приступ за спречавање ширења загађења воде изван одређених преовлађујућих услова. На пример, политика против деградације стандарда квалитета воде Агенције за заштиту животне средине Охаја састоји се од три нивоа заштите:

Тиер КСНУМКС: Постојећа употреба мора бити одржавана и заштићена. Није дозвољено даље погоршање квалитета воде које би ометало постојеће намене.

Тиер КСНУМКС: Затим, квалитет воде који је бољи од оног који је потребан за заштиту коришћења мора да се одржава осим ако се не покаже да је нижи квалитет воде неопходан за важан економски или друштвени развој, како је одредио директор ЕПА.

Тиер КСНУМКС: Коначно, квалитет водних ресурса мора се одржавати и штитити. Њихов постојећи квалитет амбијенталне воде не сме да буде деградиран никаквим супстанцама за које се утврди да су токсичне или да ометају било коју наменску употребу. Повећана оптерећења загађујућих материја су дозвољена за испуштање у водна тијела ако не доводе до смањења постојећег квалитета воде.

Зоне мешања испуштања загађења воде и моделирање расподеле оптерећења отпада

Зоне мешања су области у водном телу које омогућавају испуштању третираних или нетретираних отпадних вода да постигну стабилизоване услове, као што је илустровано на слици 4 за текући ток. Испуштање је у почетку у пролазном стању које се прогресивно разблажује од концентрације извора до услова воде за пријем. Не треба га сматрати ентитетом за лечење и може бити означен посебним ограничењима.

Слика 4. Зоне мешања

Типично, зоне мешања не смеју:

• ометају миграцију, опстанак, репродукцију или раст водених врста

• укључују површине за мријест или расаднике

• обухватају јавне водозахвате

• обухватају купалишта

• чине више од 1/2 ширине потока

• чине више од 1/2 површине попречног пресека ушћа потока

• продужавати низводно на растојању већу од пет пута ширине тока.

 

Студије о расподели оптерећења отпада су постале важне због високе цене контроле нутријената у испуштању отпадних вода како би се избегла еутрофикација у току (дефинисана у наставку). Ове студије генерално користе коришћење компјутерских модела за симулацију услова квалитета воде у току, посебно у погледу хранљивих материја као што су облици азота и фосфора, који утичу на динамику раствореног кисеоника. Традиционалне моделе квалитета воде овог типа представља амерички ЕПА модел КУАЛ2Е, који су описали Бровн и Барнвелл (1987). Новији модел који је предложио Тејлор (1995) је Омни дневни модел (ОДМ), који укључује симулацију утицаја укорењене вегетације на динамику хранљивих материја и раствореног кисеоника у току.

Одредбе за одступање

Сви прописи о контроли загађивања воде су ограничени у савршенству и стога би требало да садрже одредбе које дозвољавају процењивање на основу одређених услова који могу спречити тренутно или потпуно поштовање.

Процена и управљање ризиком у вези са загађењем вода

Горе наведени прописи о контроли загађења воде типични су за приступе влада широм света за постизање усаглашености са стандардима квалитета воде и границама испуштања отпадних вода. Генерално, ови прописи су постављени на основу здравствених фактора и научних истраживања; тамо где постоји извесна неизвесност у погледу могућих ефеката, често се примењују безбедносни фактори. Примена неких од ових прописа може бити неразумна и изузетно скупа за јавност у целини, као и за приватна предузећа. Стога расте забринутост за ефикаснију алокацију ресурса у постизању циљева за побољшање квалитета воде. Као што је раније истакнуто у расправи о хидролошким водама, нетакнута чистоћа не постоји чак ни у природним водама.

Све већи технолошки приступ подстиче процену и управљање еколошким ризицима у постављању прописа о загађењу вода. Концепт се заснива на анализи еколошких користи и трошкова у испуњавању стандарда или ограничења. Паркхурст (1995) је предложио примену процене акватичног еколошког ризика као помоћ при постављању граница контроле загађења воде, посебно као применљивих за заштиту воденог света. Такве методе процене ризика могу се применити за процену еколошких ефеката хемијских концентрација за широк спектар услова загађења површинских вода укључујући:

• тачкасти извор загађења

• нетачкаст извор загађења

• постојећих контаминираних седимената у каналима потока

• локације опасног отпада у вези са водним тијелима

• анализа постојећих критеријума контроле загађења вода.

 

Предложени метод се састоји од три нивоа; као што је приказано на слици 5 која илуструје приступ.

Слика 5. Методе за спровођење процене ризика за узастопне нивое анализе. Ниво 1: Ниво скрининга; Ниво 2: Квантификација потенцијално значајних ризика; Ниво 3: Квантификација ризика специфичне за локацију

Загађење воде у језерима и акумулацијама

Језера и резервоари обезбеђују запреминско складиштење дотока слива и могу имати дуге временске периоде испирања у поређењу са брзим приливом и одливом за домет у текућем току. Стога су они од посебне забринутости у погледу задржавања одређених састојака, посебно хранљивих материја укључујући облике азота и фосфора који подстичу еутрофикацију. Еутрофикација је природни процес старења у коме се садржај воде органски обогаћује, што доводи до доминације непожељног раста у води, као што су алге, водени зумбул и тако даље. Еутрофни процес има тенденцију да смањи живот у води и има штетне ефекте раствореног кисеоника. И природни и културни извори хранљивих материја могу да промовишу процес, као што илуструје Преул (1974) на слици 6, која приказује шематски списак извора и понора хранљивих материја за језеро Сунапее, у америчкој држави Њу Хемпшир.

Слика 6. Шематски списак извора и понора хранљивих материја (азота и фосфора) за језеро Сунапее, Њу Хемпшир (САД)

Језера и резервоари, наравно, могу се узорковати и анализирати да би се утврдио њихов трофички статус. Аналитичке студије обично почињу са основним балансом хранљивих материја као што је следеће:

(хранљиве материје које улазе у језеро) = (хранљиве материје које испадају из језера) + (задржавање хранљивих материја у језеру)

Ова основна равнотежа може се даље проширити тако да укључи различите изворе приказане на слици 6.

Време испирања је индикација релативних аспеката задржавања језерског система. Плитка језера, као што је језеро Ерие, имају релативно кратко време испирања и повезана су са напредном еутрофикацијом јер су плитка језера често погоднија за раст водених биљака. Дубока језера као што су језеро Тахое и језеро Супериор имају веома дуге периоде испирања, који се обично повезују са језерима са минималном еутрофикацијом јер до сада нису била преоптерећена, а такође и зато што њихове екстремне дубине не погодују екстензивном расту водених биљака. осим у епилимнију (горња зона). Језера у овој категорији се генерално класификују као олиготрофна, на основу тога што имају релативно мало хранљивих материја и подржавају минималан раст у води као што су алге.

Интересантно је упоредити времена испирања неких великих америчких језера како је известио Пецор (1973) користећи следећу основу за израчунавање:

време испирања језера (ЛФТ) = (запремина језера)/(оток језера)

Неки примери су: језеро Вабеса (Мичиген), ЛФТ=0.30 година; Хоугхтон Лаке (Мичиген), 1.4 године; Лаке Ерие, 2.6 година; Језеро Горње, 191 година; Језеро Тахое, 700 година.

Иако је однос између процеса еутрофикације и садржаја хранљивих материја сложен, фосфор се обично препознаје као ограничавајући нутријент. На основу потпуно помешаних услова, Сојер (1947) је известио да цветање алги обично настаје ако вредности азота прелазе 0.3 мг/л, а фосфора веће од 0.01 мг/л. У слојевитим језерима и резервоарима, ниски нивои раствореног кисеоника у хиполиминиону су рани знаци еутрофикације. Воленвеидер (1968, 1969) је развио критичне нивое оптерећења укупног фосфора и укупног азота за бројна језера на основу оптерећења нутријентима, средњих дубина и трофичких стања. За поређење рада на ову тему, Дилон (1974) је објавио критички преглед Воленвајдеровог модела буџета за нутријенте и других сродних модела. Новији компјутерски модели су такође доступни за симулацију циклуса азота/фосфора са температурним варијацијама.

Загађење воде у естуаријима

Ушће је средњи пролаз воде између ушћа реке и морске обале. Овај пролаз се састоји од отвора ушћа реке са уливом реке (слатке воде) из узводног и отицања на низводној страни у стално променљиви ниво репне воде морске воде (слана вода). Естуари су стално под утицајем флуктуација плиме и осеке и спадају међу најкомплекснија водна тела која се сусрећу у контроли загађења воде. Доминантне карактеристике естуарија су променљиви салинитет, слани клин или међупростор између слане и слатке воде, и често велике површине плитке, замућене воде које прекривају блатне површине и слане мочваре. Храњиве материје се у великој мери снабдевају ушћем из реке која се улива и комбинују се са стаништем морске воде да би се обезбедила плодна производња биоте и морског живота. Посебно су пожељни морски плодови убрани из естуарија.

Са становишта загађења воде, естуари су појединачно сложени и генерално захтевају посебна истраживања која користе опсежне теренске студије и компјутерско моделирање. За даље основно разумевање, читалац се позива на Реисх 1979, о загађењу мора и естуарина; и Реид и Воод 1976, о екологији унутрашњих вода и естуарија.

Загађење воде у морским срединама

Океани се могу посматрати као крајњи пријемник воде или понора, пошто се отпад који реке носе коначно испуштају у ово морско окружење. Иако су океани огромна тијела слане воде са наизглед неограниченим капацитетом асимилације, загађење има тенденцију да уништи обале и даље утиче на морски живот.

Извори загађивача мора укључују многе од оних који се сусрећу у окружењима отпадних вода на копну, плус више у вези са операцијама у мору. Ограничена листа је дата у наставку:

• кућна канализација и муљ, индустријски отпад, чврсти отпад, бродски отпад

• рибарски отпад, седименти и хранљиве материје из река и копненог отицаја

• изливање нафте, отпад од истраживања и производње нафте на мору, операције багера

• топлота, радиоактивни отпад, отпадне хемикалије, пестициди и хербициди.

 

Свако од горе наведених захтева посебно руковање и методе контроле. Испуштање домаће канализације и канализационог муља кроз океанске испусте је можда главни извор загађења мора.

За актуелну технологију на ову тему, читалац је упућен у књигу Бисхопа о загађењу мора и његовој контроли (1983).

Технике за смањење загађења у испуштању отпадних вода

Пречишћавање отпадних вода великих размера обично спроводе општине, санитарне области, индустрије, комерцијална предузећа и разне комисије за контролу загађења. Сврха овде је да опишемо савремене методе пречишћавања комуналних отпадних вода, а затим да пружимо неке увиде у вези са третманом индустријског отпада и напреднијим методама.

Уопштено говорећи, сви процеси пречишћавања отпадних вода могу се груписати у физичке, хемијске или биолошке типове, а један или више њих се може користити за постизање жељеног ефлуентног производа. Ова класификација је најприкладнија за разумевање приступа пречишћавању отпадних вода и приказана је у табели 1.

Табела 1. Општа класификација операција и процеса пречишћавања отпадних вода

 

Савремене методе пречишћавања отпадних вода

Покривеност је ограничена и има за циљ да пружи концептуални преглед тренутних пракси третмана отпадних вода широм света, а не детаљне податке о дизајну. За ово друго, читалац се позива на Метцалф и Едди 1991.

Комуналне отпадне воде, заједно са неким мешањем индустријског/комерцијалног отпада, третирају се у системима који обично користе примарни, секундарни и терцијарни третман на следећи начин:

Систем примарног третмана: Пре-треат ® Примарно таложење ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент

Систем секундарног третмана: Предтретман ® Примарно таложење ® Биолошка јединица ® Друго таложење ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент за струјање

Терцијарни систем третмана: Предтретман ® Примарно таложење ® Биолошка јединица ® Друго таложење ® Терцијарна јединица ® Дезинфекција (хлорисање) ® Ефлуент за струјање

Слика 7 даље приказује шематски дијаграм конвенционалног система за третман отпадних вода. Следе прегледни описи горе наведених процеса.

Слика 7. Шематски дијаграм конвенционалног третмана отпадних вода

Примарни третман

Основни циљ примарног третмана комуналних отпадних вода, укључујући и кућну канализацију помешану са неким индустријским/комерцијалним отпадом, је уклањање суспендованих чврстих материја и бистрење отпадних вода, како би се учиниле погодним за биолошки третман. Након неког претходног третмана као што је просијавање, уклањање песка и уситњавање, главни процес примарне седиментације је таложење сирове отпадне воде у великим резервоарима за таложење у периоду до неколико сати. Овим процесом се уклања од 50 до 75% укупних суспендованих чврстих материја, које се извлаче као доњи муљ сакупљен за одвојени третман. Преливни ефлуент из процеса се затим усмерава на секундарни третман. У одређеним случајевима, хемикалије се могу користити за побољшање степена примарног третмана.

Секундарни третман

Део органског садржаја отпадне воде који је фино суспендован или растворен и није уклоњен у примарном процесу, третира се секундарним третманом. Општеприхваћени облици секундарног третмана у уобичајеној употреби обухватају филтере за цурење, биолошке контакторе као што су ротирајући дискови, активни муљ, језерце за стабилизацију отпада, системи газираних рибњака и методе примене земљишта, укључујући системе мочвара. Сви ови системи ће бити препознати као они који користе биолошке процесе у неком или другом облику. Најчешћи од ових процеса су укратко размотрени у наставку.

Биолошки контакторски системи. Филтери за цурење су један од најранијих облика ове методе за секундарни третман и још увек се широко користе уз неке побољшане методе примене. У овом третману, ефлуент из примарних резервоара се равномерно наноси на слој медија, као што је камен или синтетичка пластика. Уједначена дистрибуција се обично постиже цуривањем течности из перфорираних цеви које се ротирају преко слоја повремено или непрекидно у складу са жељеним процесом. У зависности од брзине органског и хидрауличког оптерећења, филтери за цурење могу да уклоне до 95% органског садржаја, што се обично анализира као биохемијска потреба за кисеоником (БПК). Постоје бројни други новији биолошки контактори у употреби који могу да обезбеде уклањање третмана у истом опсегу; неке од ових метода нуде посебне предности, посебно применљиве у одређеним ограничавајућим условима као што су простор, клима и тако даље. Треба напоменути да се следећи секундарни таложник сматра неопходним делом за завршетак процеса. Приликом секундарног таложења, неки такозвани хумусни муљ се извлачи као доњи ток, а преливи се испушта као секундарни ефлуент.

Муљ. У најчешћем облику овог биолошког процеса, примарно третирани ефлуент тече у резервоар јединице за активни муљ који садржи претходно постојећу биолошку суспензију која се зове активни муљ. Ова смеша се назива мешовите суспендоване чврсте супстанце (МЛСС) и има период контакта који се обично креће од неколико сати до 24 сата или више, у зависности од жељених резултата. Током овог периода смеша се јако аерира и меша да би се подстакла аеробна биолошка активност. Како се процес завршава, део смеше (МЛСС) се извлачи и враћа у инфлуент ради наставка процеса биолошке активације. Секундарно таложење се врши након јединице активног муља у сврху таложења суспензије активног муља и испуштања прочишћеног прелива као ефлуента. Процес је способан да уклони до око 95% БПК који утиче.

Терцијарни третман

Трећи ниво третмана се може обезбедити тамо где је потребан већи степен уклањања загађивача. Овај облик третмана обично може укључивати филтрирање песка, стабилизацијска језера, методе одлагања земљишта, мочваре и друге системе који додатно стабилизују секундарни ефлуент.

Дезинфекција отпадних вода

Дезинфекција је обично потребна да би се бактерије и патогени смањили на прихватљив ниво. Хлорисање, хлор диоксид, озон и ултраљубичасто светло су најчешће коришћени процеси.

Укупна ефикасност постројења за пречишћавање отпадних вода

Отпадне воде обухватају широк спектар састојака који се генерално класификују као суспендоване и растворене чврсте материје, неорганске и органске састојке.

Ефикасност система за третман се може мерити у смислу процента уклањања ових састојака. Уобичајени параметри мерења су:

• БОД: биохемијска потреба за кисеоником, мерена у мг/л

• ХПК: хемијска потрошња кисеоника, мерена у мг/л

• ТСС: укупне суспендоване материје, мерено у мг/л

• ТД: укупне растворене чврсте материје, мерено у мг/л

• форме азота: укључујући нитрате и амонијак, мерено у мг/л (нитрати су од посебног значаја као нутријент у еутрофикацији)

• фосфат: мерено у мг/л (такође од посебног значаја као нутријент у еутрофикацији)

• pH: степен киселости, мерено као број од 1 (најкиселији) до 14 (најалкалнији)

• број колиформних бактерија: мерено као највероватнији број на 100 мл (Ешерихија а фекалне колиформне бактерије су најчешћи индикатори).

 

Пречишћавање индустријских отпадних вода

Врсте индустријског отпада

Индустријски (недомаћи) отпад је бројан и веома варира у саставу; могу бити јако кисели или алкални и често захтевају детаљну лабораторијску анализу. Можда ће бити неопходан специјализовани третман како би се учинили безопасним пре отпуштања. Токсичност представља велику забринутост у одлагању индустријских отпадних вода.

Репрезентативни индустријски отпад обухвата: целулозу и папир, кланицу, пивару, кожару, прераду хране, творницу конзерви, хемикалије, нафту, текстил, шећер, веш, месо и живину, исхрану свиња, кафилерију и многе друге. Почетни корак у развоју дизајна третмана је истраживање индустријског отпада, које даје податке о варијацијама у протоку и карактеристикама отпада. Непожељне карактеристике отпада које је навео Екенфелдер (1989) могу се сажети на следећи начин:

• растворљиве органске материје које изазивају исцрпљивање раствореног кисеоника

• суспендоване материје

• органски трагови

• тешких метала, цијанида и токсичних органских материја

• боја и замућеност

• азота и фосфора

• ватросталне супстанце отпорне на биоразградњу

• уље и плутајући материјал

• испарљиве материје.

 

Америчка ЕПА је даље дефинисала листу токсичних органских и неорганских хемикалија са специфичним ограничењима у давању дозвола за испуштање. Листа укључује више од 100 једињења и предуга је да би се овде поново штампала, али се може затражити од ЕПА.

Методе лечења

Руковање индустријским отпадом је специјализованије од третмана кућног отпада; међутим, тамо где су подложни биолошкој редукцији, они се обично третирају коришћењем метода сличних онима које су претходно описане (приступи секундарног/терцијарног биолошког третмана) за општинске системе.

Језерце за стабилизацију отпада су уобичајени метод пречишћавања органских отпадних вода где је на располагању довољно земљишта. Проточна језера се генерално класификују према њиховој бактеријској активности као аеробна, факултативна или анаеробна. Гасирани рибњаци се снабдевају кисеоником путем дифузних или механичких система за аерацију.

На сликама 8 и 9 приказане су скице базена за стабилизацију отпада.

Слика 8. Двоћелијско стабилизацијско језеро: дијаграм попречног пресека

Слика 9. Типови газираних лагуна: шематски дијаграм

Спречавање загађења и минимизација отпада

Када се операције и процеси индустријског отпада у постројењу анализирају на њиховом извору, они се често могу контролисати како би се спречила значајна испуштања загађивача.

Технике рециркулације су важни приступи у програмима превенције загађења. Пример студије случаја је план рециклаже отпадних вода из кожаре који је објавио Преул (1981), који је укључивао обнављање/поновну употребу хрома заједно са комплетном рециркулацијом свих отпадних вода из кожаре без ефлуента у било који ток осим у хитним случајевима. Дијаграм тока за овај систем је приказан на слици 10.

Слика 10. Дијаграм тока система за рециклажу отпадних вода из кожаре

За новије иновације у овој технологији, читалац се може упутити на публикацију о спречавању загађења и минимизирању отпада од стране Федерације за водну средину (1995).

Напредне методе пречишћавања отпадних вода

Доступан је низ напредних метода за веће степене уклањања састојака загађења по потреби. Општи списак укључује:

филтрација (песак и мултимедија)

хемијске преципитације

адсорпција угљеника

електродијализа

дестилација

нитрификација

сакупљање алги

рекултивација отпадних вода

микро-напрезање

уклањање амонијака

обрнути осмоза

јонска размена

апликација за земљиште

денитрификација

мочварна подручја.

Најприкладнији процес за сваку ситуацију мора се одредити на основу квалитета и количине сирове отпадне воде, потреба за пријемном водом и, наравно, трошкова. За даље референце, видети Метцалф и Едди 1991, које укључује поглавље о напредном третману отпадних вода.

Студија случаја напредног третмана отпадних вода

Студија случаја Пројекта рекултивације отпадних вода региона Дан о којој се говори на другом месту у овом поглављу представља одличан пример иновативних метода за третман и рекултивацију отпадних вода.

Термално загађење

Термичко загађење је облик индустријског отпада, који се дефинише као штетна повећања или смањења нормалне температуре воде у пријемним водама узрокована одлагањем топлоте из објеката које је направио човек. Индустрије које производе највећу отпадну топлоту су фосилна горива (нафта, гас и угаљ) и нуклеарне електране, челичане, рафинерије нафте, хемијска постројења, творнице целулозе и папира, дестилерије и перионице. Посебно забрињава индустрија производње електричне енергије која снабдева енергијом многе земље (нпр. око 80% у САД).

Утицај отпадне топлоте на пријемне воде

Утицај на способност асимилације отпада

• Топлота повећава биолошку оксидацију.

• Топлота смањује садржај засићења воде кисеоником и смањује брзину природне реоксигенације.

• Нето ефекат топлоте је генерално штетан током топлих месеци у години.

• Зимски ефекат може бити користан у хладнијим климама, где су услови леда разбијени и аерација површине је обезбеђена за рибе и водени свет.

 

Утицај на водени живот

Многе врсте имају границе толеранције температуре и потребна им је заштита, посебно у деловима потока или водених површина погођеним топлотом. На пример, токови хладне воде обично имају највећу врсту спортске рибе као што су пастрмка и лосос, док топле воде углавном подржавају популацију грубих риба, са одређеним врстама као што су штука и бас у водама средње температуре.

Слика 11. Размена топлоте на границама попречног пресека пријемне воде

Термичка анализа у пријемним водама

Слика 11 илуструје различите облике природне размене топлоте на границама пријемне воде. Када се топлота испушта у пријемну воду као што је река, важно је анализирати капацитет реке за термичке додатке. Температурни профил реке може се израчунати решавањем топлотног биланса сличног оном који се користи за израчунавање криве пада раствореног кисеоника. Главни фактори топлотног биланса су илустровани на слици 12 за речни домет између тачака А и Б. Сваки фактор захтева индивидуални прорачун у зависности од одређених топлотних варијабли. Као и код биланса раствореног кисеоника, температурни биланс је једноставно збир температурних средстава и обавеза за дату секцију. Други софистициранији аналитички приступи доступни су у литератури о овој теми. Резултати из прорачуна топлотног биланса могу се користити за успостављање ограничења испуштања топлоте и евентуално одређених ограничења употребе за водно тијело.

Слика 12. Капацитет реке за термичке додатке

Контрола топлотног загађења

Главни приступи за контролу топлотног загађења су:

• побољшана ефикасност рада електране

• расхладни торњеви

• изоловани расхладни базени

• разматрање алтернативних метода производње електричне енергије као што је хидро-енергија.

 

Тамо где су физички услови повољни у одређеним границама животне средине, хидроелектричну енергију треба сматрати алтернативом производњи фосилних горива или нуклеарне енергије. У производњи хидроелектране нема одлагања топлоте и нема испуштања отпадних вода које загађују воду.

Контрола загађења подземних вода

Значај подземних вода

Пошто се светске залихе воде у великој мери црпе из водоносних слојева, најважније је да се ти извори снабдевања заштите. Процењује се да је више од 95% расположиве свеже воде на земљи под земљом; у Сједињеним Државама отприлике 50% воде за пиће долази из бунара, према Геолошком заводу САД из 1984. године. Будући да су загађење и кретање подземних вода суптилне и невидљиве природе, понекад се мање пажње посвећује анализи и контроли овог облика деградације воде него загађењу површинских вода, што је далеко очигледније.

Слика 13. Хидролошки циклус и извори контаминације подземних вода

Извори подземног загађења

На слици 13 приказан је хидролошки циклус са надређеним изворима контаминације подземних вода. Потпуна листа потенцијалних извора подземног загађења је опсежна; међутим, за илустрацију, најочигледнији извори укључују:

• испуштања индустријског отпада

• загађени токови у контакту са водоносним слојевима

• рударске операције

• одлагање чврстог и опасног отпада

• подземни резервоари за складиштење као што су нафта

• системи за наводњавање

• вештачко пуњење

• задирање морске воде

• просипа

• загађене баре са пропусним дном

• бунари за одлагање

• поља септичких јама и јаме за испирање

• неправилно бушење бунара

• пољопривредне операције

• соли за одлеђивање коловоза.

 

Специфични загађивачи у подземној контаминацији се даље категоришу као:

• непожељни хемијски састојци (типични, непотпуна листа) - органски и неоргански (нпр. хлорид, сулфат, гвожђе, манган, натријум, калијум)

• укупна тврдоћа и укупне растворене чврсте материје

• токсични састојци (типични, није потпуна листа) - нитрат, арсен, хром, олово, цијанид, бакар, феноли, растворена жива

• непожељне физичке карактеристике - укус, боја и мирис

• пестициди и хербициди – хлоровани угљоводоници и други

• радиоактивни материјали – различити облици радиоактивности

• биолошки - бактерије, вируси, паразити и тако даље

• кисели (низак пХ) или каустичан (висок пХ).

 

Од наведеног, нитрати су од посебног значаја у подземним и површинским водама. У залихама подземних вода, нитрати могу изазвати болест метхемоглобинемију (цијанозу одојчади). Они даље изазивају штетне ефекте еутрофикације у површинским водама и јављају се у широком спектру водних ресурса, као што је известио Преул (1991). Преул (1964, 1967, 1972) и Преул и Сцхроепфер (1968) су такође известили о подземном кретању азота и других загађивача.

Путовање загађења у подземном подручју

Кретање подземних вода је изузетно споро и суптилно у поређењу са кретањем површинских вода у хидролошком циклусу. За једноставно разумевање путовања обичне подземне воде под идеалним условима стабилног тока, Дарсијев закон је основни приступ за процену кретања подземне воде при ниским Рејнолдсовим бројевима (Р):

V = K(dh/dl)

где је:

V = брзина подземних вода у водоносном слоју, м/дан

К = коефицијент пропусности водоносног слоја

(dh/dl) = хидраулички градијент који представља покретачку силу кретања.

У загађивачима путују под земљом, обичне подземне воде (Х₂О) је генерално носећа течност и може се израчунати да се креће брзином у складу са параметрима из Дарсијевог закона. Међутим, брзина кретања или брзина загађивача, као што је органска или неорганска хемикалија, може бити различита због процеса адвекције и хидродинамичке дисперзије. Одређени јони се крећу спорије или брже од опште брзине протока подземне воде као резултат реакција унутар медија водоносника, тако да се могу категорисати као „реагујући“ или „нереагујући“. Реакције су генерално у следећим облицима:

• физичке реакције између загађивача и водоносног слоја и/или транспортне течности

• хемијске реакције између загађивача и водоносног слоја и/или транспортне течности

• биолошка дејства на загађивач.

 

Следеће су типичне за подземне загађиваче који реагују и не реагују:

• реагујући загађивачи - хром, амонијум јон, калцијум, натријум, гвожђе и тако даље; катјони уопште; биолошки састојци; радиоактивних састојака

• загађивачи који не реагују - хлорид, нитрат, сулфат и тако даље; одређени ањони; одређене хемикалије пестицида и хербицида.

 

У почетку би се могло чинити да су загађивачи који реагују најгори тип, али то можда није увек случај јер реакције задржавају или успоравају концентрацију загађивача који путују, док путовање загађивача који не реагује може бити углавном неспутано. Сада су доступни одређени „меки“ домаћи и пољопривредни производи који биолошки разграђују након одређеног временског периода и стога избегавају могућност контаминације подземних вода.

Санација водоносника

Спречавање подземног загађења је очигледно најбољи приступ; међутим, о неконтролисаном постојању загађених услова подземних вода обично се обзнањује након њиховог настанка, као што су притужбе корисника бунара у том подручју. Нажалост, до тренутка када је проблем препознат, може доћи до озбиљног оштећења и санирање је неопходно. Санација може захтевати опсежна хидрогеолошка теренска истраживања са лабораторијским анализама узорака воде како би се утврдио степен концентрација загађујућих материја и пљускова. Често се постојећи бунари могу користити за почетно узорковање, али у тешким случајевима могу бити потребна опсежна бушења и узорковање воде. Ови подаци се затим могу анализирати да би се установили тренутни услови и да би се направила предвиђања будућих услова. Анализа путовања контаминације подземних вода је специјализована област која често захтева употребу компјутерских модела да би се боље разумела динамика подземних вода и да би се направила предвиђања под различитим ограничењима. За ову сврху у литератури је доступан велики број дво- и тродимензионалних рачунарских модела. За детаљније аналитичке приступе, читалац се упућује на књигу Фриза и Чери (1987).

Спречавање загађења

Пожељни приступ за заштиту ресурса подземних вода је превенција загађења. Иако се стандарди воде за пиће генерално примењују на коришћење подземних вода, залихе сирове воде захтевају заштиту од контаминације. Државни субјекти као што су министарства здравља, агенције за природне ресурсе и агенције за заштиту животне средине су генерално одговорни за такве активности. Напори контроле загађења подземних вода су у великој мери усмерени на заштиту водоносних слојева и превенцију загађења.

Спречавање загађења захтева контролу коришћења земљишта у виду зонирања и одређених прописа. Закони се могу применити на спречавање специфичних функција као посебно применљиви на тачкасте изворе или радње које потенцијално могу изазвати загађење. Контрола зонирањем коришћења земљишта је средство заштите подземних вода које је најефикасније на општинском или окружном нивоу власти. Програми заштите водоносника и утока бунара, као што је објашњено у наставку, су водећи примери превенције загађења.

Програм заштите водоносног слоја захтева утврђивање граница водоносног слоја и подручја његовог пуњења. Водоносни слојеви могу бити неограниченог или затвореног типа, и стога их хидролог мора анализирати да би донео ову одлуку. Већина великих водоносних слојева је генерално добро позната у развијеним земљама, али друге области могу захтевати теренска истраживања и хидрогеолошке анализе. Кључни елемент програма заштите водоносног слоја од деградације квалитета воде је контрола коришћења земљишта над водоносним слојем и подручјима његовог прихрањивања.

Заштита ушћа бунара је дефинитивнији и ограниченији приступ који се примењује на подручје пуњења које доприноси одређеној бушотини. Америчка савезна влада амандманима усвојеним 1986. године на Закон о безбедној води за пиће (СДВА) (1984.) сада захтева да се за бунаре јавног снабдевања успоставе посебне области заштите ушћа. Заштитна област ушћа бунара (ВХПА) је дефинисана у СДВА као „површинска и подземна површина која окружује бунар или бунар, снабдевајући јавни систем водоснабдевања, кроз који је разумно вероватно да ће се загађивачи кретати према и доћи до таквог бунара или бунара поље.” Главни циљ програма ВХПА, као што је наведено од стране УС ЕПА (1987), је разграничење подручја заштите бунара на основу одабраних критеријума, рада бунара и хидрогеолошких разматрања.

 

Назад