План лекції
5.1. Властивості води.
5.2. Оцінка якості води.
5.3. Законодавство про регулювання водних відносин.
5.4. Споживання води в харчовій помисловості.
5.5. Технології очистки води.
5.6. Стічні води, їх класифікація.
5.7. Методи очистки стічних вод.
5.8. Умови скидання стічних вод.
5.1. Властивості води.Вода – широко розповсюджена речовина на Земній корі. В природі вода знаходиться в постійному круговороті. Вона присутня не тільки в водоймищах, а й в повітрі, ґрунті, в живих організмах.
Вода має дуже складну будову. Те, що ми називаємо водою, представляє собою 135 ізотопних різновідностей сполук кисню та водню, це також розчинені різні хімічні речовини: дисперсні, коллоїдні, газиоподібні, мікрофлора. До цього часу не вирішено питання про структуру води, як рідини.
По своїм фізичним властивостям вода – аномальна речовина, оскільки вона не відповідає загальноприйнятим властивостям хімічних сполук водню.
Наприклад, летючість – найменша серед сполук водню (повільна втрата вологи відіграє важливу роль у фізіологічних і технологічних процесах).
Питома вага – найбільша при 3,98°С (глибокі водойми взимку не промерзають до дна).
Поверхневий натяг – найбільший з усіх рідин. Нестисненність води дає змогу живим організмам жити на великих глибинах.
Теплопровідність – найбільш висока (перенос тепла; в’язкість зменшується із зростанням тиску).
Одна з найважливіших фізико-хімічних якостей води – це здатність утворювати розчини. Вода – найкращий розчинник. Цим забезпечується різноманітність складу природних вод. З появою життя на Землі кругообіг води став ускладнюватись, оскільки окрім фізичного випаровування з’явився більш складний процес біологічного випаровування. Також в кругообігу води значне місце займає господарська діяльність людини. Схематично кругообіг можна окреслити так: вода поступає на поверхню Землі у вигляді опадів, які утворюються з водяної пари, що потрапляє в атмосферу в результаті випаровування води рослинами та з поверхні водоймищ.
Джерелом прісної води є підземні і поверхневі води, а також атмосферні опади. Склад підземних вод визначається головним чином умовами їх формування. Склад поверхневих вод залежить від кліматичних, ґрунтово-геологічних умов і зв’язаний з агротехнічними факторами.
Опади у вигляді дощу відносяться до атмосферних вод. вони акумулюються в штучних водоймищах і резервуарах. Склад їх визначається чистотою атмосфери, кількістю опадів, що випали.
Для підземних вод характерна значна кількість мінеральних солей і невелика кількість органичних речовин. Поверхневі води навпаки частіше містять разом з неорганічними солями, органічні сполуки. Склад домішок в поверхневих водоймищах залежить від того, якими водами живиться водоймище.
В залежності з природою розчинних солей ріки діляться на кілька класів: гідрокарбонатні (Волга, Дніпро), сульфатні (Дон, Донець), хлоридні і т.д. Вміст органічних речовин в річках 2 – 150 мг. Великі міста в основному споживають в якості питної воду поверхневих водоймищ. В поверхневі водоймища часто потрапляють пестициди та мінеральні добрива, які змиваються з полів. Поверхневі води забруднюються стічними водами, як побутовими, так і прмисловими. З промисловими сиічними водами потрапляють у водоймища важкі метали, велика кількість нафтопродуктів, диполів і т.д. Як правило, природні процеси очищення, які протікають в водоймищах, не можуть забезпечити добру якість води, що використовується для господарсько-питних цілей, а також для промислових потреб. В зв’язку з цим потрібна додаткова обробка води, яка б забезпечила їй потрібну якість.
5.2. Оцінка якості води.Споживання води населенням характеризується питомим водоспоживанням, під яким розуміють добовий об'єм води в літрах, необхідний для задоволення всіх потреб одного мешканця міста чи села. Питоме водоспоживання в містах більше, ніж у селах. Воно значною мірою залежить від ступеня благоустрою (наявності водопроводу, каналізації, центрального водяного опалення та ін.). Так, питоме водоспоживання для деяких міст становить, л/добу: Нью-Йорк — 600, Париж — 500, Київ — 500, Лондон — 263. У великих містах з населенням більше ніж З млн осіб добові витрати води сягають 2 млн м3, а річні — близько 1 км3. При цьому вода має бути високої якості, що потребує досить складної технології водопідготовки.
Для оцінки якості води використовують фізичні, хімічні, бактеріологічні і технологічні показники.
Фізичні показники:
1. Температура (залежить від джерела) більш постійна у підземних водах, не постійна – у поверхневих;
2. Прозорість або каламутність води;
3. Колір. В малому об’ємі – без кольору. Товстий шар води має блакитний або зеленавий відтінок. Інші відтінки говорять про забрудненність води. В основному це органічні сполуки, колоїдні залізисті сполуки, гумінові кислоти.
4. Присмак і запах води. Розрізняють чотири смаки: солоний, гіркий, солодкий та кислий. NaCl – солоний, MgSO4 – гіркий, CO2 – кислий. Присмаки мають різні солі. Mn - чорнильний, Fe – зілізистий. Запах спричиняють також хімічні сполуки, розчинні гази.
Хімічні показники якості:
1. Активна реакція рН, або ступінь кислотності чи лужності. Для природних вод інтервал коливань в межах рН 6,5 – 8,5. Постійність рН води забезпечує карбонатна буферна система Н2СО3 - НСО3- - Н+
2. Окисність води – характеризує наявність в воді органічних сполук. Для питної води цей показник повинен бути не більше 2 мг/л О2.
3. Азотисті речовини:
- нітрати;
- аміак;
- нітрити – показник вказує на забрудненість води.
4. Мінералізація характеризує кількість розчинних солей та нелетучих органічних сполук. Для питної води до 1000 мг/дм3.
5. Твердість води – вміст солей кальцію і магнію.
6. Залізо, марганець, алюміній.
7. Сполуки кремнію, фосфору, мікроелементи.
Розчинні гази: діоксид вуглецю, кисень, сірководень, метан.
Кисень О – 14 мг/л, СО2 – 2О – 30 мл/г.
Бактеріологічні показники:
1. Кількість бактерій в 1 мл води.
2. Кількість бактерій групи колі в 1 л води: цей показник називається колі-індекс.
Технологічні показники:
1. фільтруємість – як вода фільтрується;
2. хлорованість – доза хлору;
3. стабільність – не повинна створювати осадків і не розчиняти трубопроводів.
Ці показники допомагають правильно підібрати методи очистки води.
Вода – ідеальний розчинник. В ній у розчинному станы виявлено більше 2000 хімічних сполук. Відомо, що при перевищенні ГДК хімічні сполуки негативно впливають на організм людини і вважаються шкідливими домішками. Якість природної води визначають по наявності та кількості складових: газів, мікроорганізмів, хімічних сполук.
Якщо всі 2000 хімічних сполук у воді знаходилися б у кількостях, які дорівнюють ГДК, така вода була б непридатна для пиття, оскільки багато хімічних сполук мають ефект сумації або підсилення шкідливої дії. В державному стандарті на питну воду для 15 – 20 речовин встановлено показники якості, а для решти сполук визначено обмеження: сума частки відношення концентрації речовини до її ГДК для кожного забруднювача не повинна перевищувати 1. Стандарти для питної води, якщо порівнювати їх з вимогами інших країн та ВООЗ достатньо жорсткі. Низька якість води у водогонах українських міст пояснюється недостатнім контролем та незадовільним станом водопровідних мереж, не відповідністю методів очистки і устаткування рівню забрудненості води поверхневих водойм.
5.3. Законодавство про регулювання водних відносин.Усі води (водні об’єкти) на території України є національним надбанням народу України, однією з природних складових його економічного розвитку і соціального добробуту.
Водні ресурси забезпечують існування людей, тваринного і рослинного світу і є уразливими природними об’єктами.
В умовах нарощування антропогенного навантаження на природне середовище, розвитку суспільного виробництва і зростання матеріальних потреб виникає необхідність розробки і додержання особливих правил користування водними ресурсами, раціонального їх використання та екологічно спрямованого захисту.
Завданням водного законодавства є регулювання правових відносин з метою забезпечення збереження, науково обґрунтованого і раціонального використання вод для потреб населення та галузей економіки, відтворення водних ресурсів, охорона вод від забруднення, засмічення та вичерпання, запобігання забрудненню води та ліквідація його наслідків, поліпшення стану водних об’єктів, а також охорона прав підприємств, установ, організацій і громадян при водокористуванні.
Водні відносини в Україні регулюються Водним Кодексом України, Законом України “Про охорону навколишнього природного середовища” та іншими законодавчими актами.
Водний фонд України. Усі води (водні об’єкти ) на території України складають її водний фонд.
До водного фонду України належать:
1) поверхневі води:
- природні водойми (озера);
- водостоки (річки, струмки);
- штучні водойми (водосховища, ставки) і канали;
- інші поверхневі водні об’єкти;
2) підземні води та джерела;
3) внутрішні морські води та територіальне море.
Води (водні об’єкти ) є виключною власністю народу України і надаються тільки у користування.
Народ здійснює право власності на водні об’єкти через Верховну Раду України, Верховну Раду Автономної Республіки Крим і місцеві Ради народних депутатів.
У Водному Кодексі України розглядаються питання щодо державного управління і контролю у галузі використання і охорони вод та відтворення водних ресурсів.
У гл. 5 розділу 11 Кодексу розглядаються питання державного контролю за використанням і охороною вод та відтворенням водних ресурсів.
Закон «Про питну воду», визначає правові, економічні та організаційні засади функціонування систем питного водопостачання і регулює основні положення, спрямовані на забезпечення населення якісною і безпечною питною водою, гарантованим питним водопостачанням.
5.4. Споживання води у харчовій помисловості.Вода входить до складу всіх організмів біосфери (50 — 90 % і більше). Вона виконує роль структурного компонента, розчинника і переносника поживних речовин, учасника біохімічних процесів, регулятора теплообміну з навколишнім середовищем. Вода регулює клімат планети, забезпечує господарську та промислову діяльність людей. Від забезпеченості водою залежить життя та здоров'я людей. Щодоби людина споживає близько 2 л води для безпосереднього вживання. Вода потрібна також для приготування продуктів харчування, різноманітних напоїв та задоволення санітарно-гігієнічних потреб (купання, миття приміщень, посуду тощо). Згідно із Законом «Про питну воду», забезпечення населення України високоякісною питною водою в достатній кількості є одним із основних завдань розвитку держави. При цьому проблема якості питної води набула вираженого соціального характеру. Тому постачання населення високоякісною водою є провідним завданням, вирішення якого спрямовано на забезпечення повноцінного і безпечного водопостачання всіх населених пунктів. Обсяг споживаної води в промисловості оцінюють водомісткістю виробництва, під якою розуміють кількість води, необхідної для виробництва однієї тонни готової продукції (м3/т). Водомісткість різних видів продукції коливається в дуже широких межах, м3/т: пива — 25 — 30, цукру – 200. Для роботи ТЕС потужністю 300 тис. кВт потрібно близько 300 км3 води на рік. Отже на одну кіловат-годину витрачається приблизно 120 м3 води.
У харчовій промисловості до якості води висуваються особливі вимоги, оскільки від цього безпосередньо залежить якість продукції. Доброякісну питну воду використовують не тільки для здійснення основних технологічних процесів, а й у багатьох допоміжних. Воду використовують як сировину, реагент, теплоносій, для миття сировини, обладнання, приміщень і тари. Так, під час виробництва 1 л молочних продуктів витрачається до 1 л, 1 банки овочевих консервів -до 40 л води.
Вода у харчовій промисловості використовується для: технологічних потреб; живлення парових котлів; охолодження; санітарних цілей; миття посуду, сировини, обладнання, приміщень; водопостачання лабораторій та побутових потреб.
Вода для технологічних потреб (технологічна вода)- це вода, яку застосовують для виготовлення продукції, оброблення сировини, миття, транспортування, а також вода, яку використовують для кінцевої обробки продукту. В харчовій промисловості технологічна вода має відповідати вимогам до питної води, і господарських потреб, а також додатковим вимогам, зумовленим специфічними умовами галузі.
Підприємства харчової промисловості використовують воду поверхневих та підземних джерел у відповідності до вимог ГОСТ 2874-82 “Вода питна”.
Вода поверхневих джерел водопостачання може бути забруднена речовинами антропогенного походження: органічними сполуками різного походження, важкими металами, радіонуклідами і т. ін. На водопровідних станціях здійснюють очистку води, застосовуючи наступні методи: фільтрацію крізь зернисте завантаження у механічних фільтрах, коагуляцію сполуками алюмінію, знезараження хлором. Проте, така очистка не гарантує від потрапляння у воду антропогенних забруднюючих речовин та утворення шкідливих хлорорганічних сполук. Тому підприємства харчової промисловості намагаються переважно використовувати воду підземних джерел, що гарантовано не забруднена антропогенними речовинами.
До підземних вод належать: верховодка, ґрунтові, міжпластові, артезіанські, тріщинні, карстові води. Склад підземних вод визначається головним чином умовами їх формування. Води підземних джерел мають стабільну температуру. Підземні води класифікуються по характеру водообміну та захищеності в залежності від глибини залягання водоносного горизонту (табл.5.1).