Количество загрязняющих веществ (г/сут на 1 чел.), поступающих в водоприемник с хозяйственно-бытовыми сточными водами, примерно следующее:
Взвешенные вещества....................65
БПК5.................................................54
БПКполн ......................................75
Перманганатная окисляемость….6,0
Азот аммонийный..........................8,0
-Фосфаты (P2O5)............................3,3
Фосфор минеральный . . .............1,4
Хлориды (Сl-) .............................9,0
СПАВ .........................................2,5
Сульфаты (S042-) ........................4,4
Калий (К20) .................................3,0
В каждом конкретном населенном пункте на душу населения норма может заметно отличаться от указанной. Это связано с размерами и благоустройством населенного пункта, нормой водоотведения, климатическими условиями и т. д.
Хозяйственно-бытовые сточные воды служат обычно основным источником поступления в реки и водоемы соединений азота. При этом в аэробных условиях (т. е. при наличии кислорода) отмечается следующий процесс их биологической трансформации: испражнение человека и животного — мочевина окисляется урбабактериями до аммиака (NH4+); аммонифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов(NO2-); последние окисляются нитрифицирующими бактериями до конечного стабильного соединения — нитратов (NО3-). В анаэробных условиях (т. е. при отсутствии кислорода) процесс может идти в обратном направлении. Благоприятное санитарное значение имеет лишь процесс в аэробных условиях. (Нежиховский, 1990)
С хозяйственно-бытовыми сточными водами поступает и основная масса синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Под СПАВ понимается обширная группа искусственно созданных человеком веществ, широко применяемых в быту и в промышленности. Особенно много СПАВ в сточных водах текстильных и меховых фабрик, предприятий по первичной переработке шерсти. Степень освобождения от СПАВ на станциях полной биологической очистки, если они мягкие, сравнительно велика (80—90 %), и если они жесткие, невелика (30—40 %). Среднее потребление СПАВ на одного городского жителя 2,5 г/сут. При норме водоотведения 300 л/сут на 1 чел. концентрация в хозяйственно-бытовых сточных водах составит 2,5-103/300 = 8,4 мг/дм3. Вместе с промышленностью потребление СПАВ на душу населения примерно составит 3—4 г/сут на 1 чел. Поступая в реку или водоем, СПАВ концентрируются преимущественно в поверхностном слое, образуя хлопья пены, которые легко переносятся ветром. Наличие пены замедляет процесс аэрации. Ухудшаются органолептические свойства воды, появляются неприятный запах (мыльный, канифольный) и привкус воды (обычно горький). Пена способствует повышению стабильности нефтяной пленки, усиливает активность канцерогенных веществ. Наличие избытка СПАВ плохо отражается на состоянии дыхательных органов зоопланктона и рыб. Заметим также, что СПАВ хорошо сорбируется частицами песчаного грунта, а это замедляет процесс самоочищения. (Нежиховский, 1990)
1.3. Талые снеговые и дождевые сточные воды с территории городов.
Талые снеговые и дождевые воды смывают с территории городов и выносят в гидрографическую сеть разнообразные загрязняющие вещества и предметы: мусор, опавшую листву, продукты разрушения дорожных покрытий, выпавшие из атмосферы аэрозоли, нефтепродукты от транспорта, частицы грунта и пр.
Степень загрязнения поверхностного стока с городской территории определяется большим числом разнообразных факторов: плотностью населения, интенсивностью движения транспорта, благоустроенностью местности, объемом и видом промышленного производства. Немалую роль также играют интенсивность снеготаяния, режим выпадения жидких осадков. Всем этим объясняется чрезвычайно большой диапазон колебания концентрации загрязняющих веществ. В городских агломерациях в наибольшей степени концентрируются антропогенные воздействия на ландшафт вообще и водные ресурсы, в частности. С единицы площади городской территории смывается в 2—4 раза больше органических и минеральных веществ, чем с единицы площади сельскохозяйственных угодий. Различие еще больше, если рассматривать отдельные части городской территории (промышленная зона, парки и сады и т. д.) за зимнее-весений и летне-осенний периоды.
В целом талые снеговые воды более загрязнены, чем дождевые. Различие особенно велико, если зима многоснежная, а весеннее снеготаяние протекает бурно. Среднее многолетнее количество загрязняющих веществ (кг/(год-га)), смываемых с территории городов талыми снеговыми и дождевыми водами, может быть при отсутствии наблюдений оценено в первом приближении по удельным значениям:
Взвешенные вещества........2000—2500
БПК5….....................................140—200
Нефтепродукты….....................60—100
Азот общий......................................4—6
Фосфор общий...........................1,0—1,5
Минерализация........................400—600
Приведенные данные относятся к центральным районам крупных городов с многоэтажной жилой застройкой и плотностью на селения более 100 чел./га. При меньшей плотности вводится соответствующая поправка; если плотность населения составляет 80 чел./га, то поправочный множитель равен 0,8.
После продолжительного засушливого периода в первые 10— 15 мин от начала дождя концентрация загрязнений в дождевом стоке близка к концентрации загрязнений в хозяйственно-бытовых сточных водах. В последующем концентрация уменьшается. За первую треть дождевого паводка выносится около половины всех смытых водой загрязнений. Приведем некоторые статистические данные о режиме выпадения жидких атмосферных осадков:
— средняя продолжительность дождей в день с осадками более 1 мм/сут составляет: на европейской территории СССР 6—8 ч, в Средней Азии 4—6 ч, на Дальнем Востоке 8—10 ч;
— средняя продолжительность периода без дождей при суточном количестве осадков более 0,1 мм равна 3—5 дней; при суточном количестве осадков более 5 мм — 8—12 дней; в Средней Азии 10—12 и 15—25 дней соответственно.
В санитарно-экологическом отношении самую большую опасность для рек и водоемов представляют смытые с городской территории взвешенные вещества. Их количество в центральных районах крупных городов составляет 2000—2500 кг/(год-га). Концентрация большей частью равна 1500—2000 мг/дм3, что на порядок больше, чем в водах равнинных рек.
Интенсивный смыв взвешенных веществ с городской территории при весеннем снеготаянии или выпадении дождевых осадков есть своего рода аварийный выброс. В некоторой мере, аналогичное положение и с другими загрязняющими веществами: органическими, нефтепродуктами, солями и т. д. (Нежиховский, 1990)
1.4. Производственные сточные воды.
Потери воды на промышленных предприятиях, как правило, невелики, и количество производственных сточных вод может быть или приравнено к водопотреблению или уменьшено на 5—10 %. Главным является вопрос о составе рассматриваемых вод.
Производственные сточные воды, в отличие от хозяйственно-бытовых вод, очень разнообразные по составу. Это относится в целом к промышленности, а в ряде случаев и к отдельным предприятиям. Именно для предприятий характерны залповые сбросы из-за неполадок на локальных очистных сооружениях, переполнения емкостей, разного рода аварий и пр.
Промышленность, будучи основным загрязнителем природных вод, сама от этого терпит большой урон. Использование загрязненной воды ухудшает качество продукции, снижает КПД оборудования, увеличивает амортизационные расходы и т. д.
Чаще всего наиболее сильными загрязнителями водной среды выступают предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, а также нефтеперерабатывающие заводы и химические комбинаты, в особенности комбинаты по производству органического синтеза. Так, один целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК) средней мощности при прямоточной системе водоснабжения загрязняет окружающую среду как город с населением 0,5 млн чел. Стоки ЦБК содержат опилки, древесное волокно, смолу, лигнин и другие вещества, которые придают воде неприятный вкус и запах, способствуя развитию грибковых обрастаний дна и берегов. В целом для промышленности свойственно наличие в сточных водах ряда токсических веществ (прежде всего, тяжелых металлов, фенолов) и нефтепродуктов, малое содержание биогенных веществ, отмечаются редкие случаи загрязнения патогенными микробами. В этой связи подробнее остановимся на трех наиболее распространенных видах производственных загрязнений — нефтяном, фенольном и тяжелыми металлами.
Нефть и нефтепродукты. Загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами — самый распространенный на сегодняшний день вид антропогенного загрязнения. Источники их поступления весьма разнообразны: аварии судов, повреждения нефтепроводов, подводное бурение, смыв с территорий населенных пунктов и т.д. Подсчитано, что в окружающую среду поступает около 2% добытой нефти.
Нефть может находиться в воде в различном состоянии — в виде поверхностной пленки, донных отложений, раствора и взвеси. В сточных водах преобладает нефть во взвешенном состоянии. Первый признак нефтяного загрязнения — это наличие поверхностной пленки. Быстрому образованию нефтяной пленки на значительной площади способствуют силы поверхностного натяжения. 1 кг разлитой нефти образует пленку на площади 1,2 га. Нефтяная пленка замедляет аэрацию водных масс, снижает интенсивность светового потока. Донные нефтяные отложения склеивают частицы грунта. Все это отрицательно сказывается на качестве воды и на условиях обитания гидробионтов.