CC BY
2
ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД: ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ
А.С. Трескунова, студент
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-12-2-39-42
Аннотация. В статье изучаются современные подходы к обработке сточных вод с целью снижения их негативного влияния на окружающую среду. Рассмотрены мембранные процессы, биологические методы очистки, передовые способы окисления и применение наноматериалов. Особое внимание уделено переработке и повторному использованию сточных вод как элементу рационального водопользования. Описаны основные преимущества внедрения данных технологий.
Ключевые слова: очистка сточных вод, мембранные технологии, биологическая очистка, нанотехнологии, продвинутые методы окисления, рециклинг воды, устойчивое водопользование, защита окружающей среды, экологическая безопасность; инновации.
Загрязнение водных объектов является наиболее существенной экологической угрозой современности, так как вода имеет большое значение в обеспечении жизни на планете, а её состояние напрямую сказывается на здоровье населения и устойчивости природных систем. Согласно данным ООН, более 80% сточных вод по всему миру сбрасывается без предварительной обработки приводя к ухудшению качества пресных источников и деградации биологических сообществ. На фоне увеличения численности населения, которая, по прогнозам, достигнет 9,7 миллиарда человек к 2050 году, и активного роста промышленности количество загрязнённых водоемов продолжает увеличиваться, что усиливает экологические риски.
Состав сточных вод чрезвычайно разнообразен и включает в себя широкий спектр вредных компонентов: органические вещества, тяжёлые металлы, микропластик, нефтепродукты и фармацевтические остатки. Исследования Европейской экологической комиссии показывают, что объём микропластика в мировых водоёмах растёт ежегодно на 1015%. Материал, попадая в питьевую воду и продукты питания, накапливается в организме человека, вызывая негативные последствия. Загрязнители с трудным для разрушения химическим составом обладают токсичными свойствами, делая их черезвычайно опасными для водных организмов. Свинец, кадмий и
ртуть, способны откладываться в тканях, провоцируя хронические болезни и сбои в работе внутренних органов [2].
Воздействие загрязнённых сточных вод на здоровье человека подробно изучено и документировано. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно около 3,4 миллиона смертей связано с заболеваниями, вызванными потреблением такой воды и недостаточной её очисткой. В развивающихся государствах примерно 80% всех болезней обусловлено использованием некачественной воды, что усугубляется отсутствием доступа к эффективным технологиям очистки и обеззараживания [5].
Для устранения этой проблемы необходимо внедрять современные методы обработки сточных вод, поскольку традиционные подходы (фильтрация, коагуляция и хлорирование) обладают ограниченной результативностью. Они плохо справляются с удалением остатков лекарственных средств, гормонов и пестицидов, концентрация которых постоянно увеличивается. Специалисты оценивают, что до 90% фармацевтических соединений проникают в водоёмы именно из-за недостатков устаревших способов обработки.
Современные проблемы, связанные с ростом количества сточных вод, охватывают и изменение их химического состава, что обусловлено появлением новых отраслей, таких как фармацевтическая промышленность и
производство наноматериалов. Как результат это приводит к возникновению сложных загрязнений, для устранения которых необходимы более передовые технологии. Например, наночастицы, широко применяемые в медицине и промышленности, характеризуются высокой реактивностью и могут представлять угрозу для водных экосистем, нарушая обменные процессы у организмов и снижая биологическое разнообразие [1].
Необходимо принимать во внимание и социально-экономический аспект проблемы. Обработка сточных вод требует значительных финансовых вложений, а нехватка соответствующих систем особенно остро ощущается в развивающихся странах, где часто отсутствует даже базовая инфраструктура для удаления основных загрязнений. При этом водные ресурсы становятся стратегически важным фактором устойчивого развития, влияя на доступ к продовольствию, энергетике и общее качество жизни населения.
Мембранные методы водоочистки (ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос) основаны на применении специализированных мембран, которые эффективно удерживают мелкие частицы, растворённые примеси и патогенные микроорганизмы. Ультрафильтрация используется для удаления взвешенных веществ, коллоидных структур и бактерий, выполняя начальную стадию очистки. Нанофильтрация помогает избавиться от низкомолекулярных органических соединений, ионов тяжёлых металлов и микропластика, делая её особенно ценной для обработки сильно загрязнённых сточных вод [3].
Обратный осмос, являясь самой эффективной из мембранных технологий, удаляет практически все растворённые компоненты, в том числе соли, пестициды и токсичные вещества. Так, в Сингапуре этот подход широко применяется для преобразования сточных вод в питьевую, обеспечивая до 40% водоснабжения страны. Несмотря на высокую результативность, такие системы сталкиваются с проблемой больших энергозатрат и необходимости регулярной замены расходным материалов. Это создаёт необходимость дальнейших исследований, направленных на снижение затрат и повышение доступности технологии.
Применение биологических технологий (биофильтры, биореакторы и ферментативную
очистку) позволяет устранять органические загрязнители благодаря деятельности микроорганизмов. Биофильтры, содержащие активный слой бактерий, широко применяются для обработки бытовых и промышленных отходов водоснабжения, удаляя органические соединения и аммиак. Биореакторы с мембранным модулем (MBR) объединяют биологическую очистку с мембранной фильтрацией, обеспечивая высокую эффективность удаления загрязняющих веществ даже при небольших объёмах воды. В Японии такие системы активно используются для обработки городских канализационных вод, где доступное пространство для установки очистных сооружений ограничено [4].
Ферментативные технологии считаются самым перспективным направлением. Специализированные ферменты способны разрушать стойкие органические соединения: фармацевтические остатки, антибиотики и гормоны. Главным преимуществом этого метода служит его экологичность и возможность обрабатывать воду без применения химических веществ. Но высокая стоимость производства ферментов остаётся существенным ограничением, препятствующим массовому внедрению этого подхода.
Методы химического окисления (озонирование, фотокатализ и использование плазмы) предоставляют решения для устранения сложных органических и неорганических загрязнений. Озонирование, широко распространённое в европейских странах, применяет активный кислород для дезинфекции и разрушения веществ. В Швейцарии, например, все очистные станции оснащены такими системами, позволяя снизить содержание микрозагрязнителей в водоёмах.
Фотокатализ, основанный на воздействии ультрафиолетового света и фотокаталитических материалов, включая диоксид титана, демонстрирует отличные результаты при удалении пестицидов, фармацевтических остатков и стойких биологические соединений. В комбинации с нанотехнологиями механизм может применяться для локальной водоочест-ки, что делает его полезным для небольших объектов или домашних систем.
Плазменные технологии используют низкотемпературную плазму, которая генерирует активные радикалы, способные разрушать
даже полифторалкилсубстанции (PFAS). Вещества, часто применяемые в промышленности, крайне устойчивы к традиционным методам фильтрации, но эффективно разлагаются с помощью плазмы.
Нанотехнологии открывают новые перспективы в сфере водоподготовки, обеспечивая удаление мельчайших загрязнений и частиц. Нанофильтры, созданные на основе углеродных нанотрубок или графена, обладают исключительной точностью фильтрации и продолжительным сроком эксплуатации. Адсорбирующие материалы из нанокомпонентов применяются для извлечения тяжёлых металлов, нефтепродуктов и токсичных соединений, которые затем легко удаляются из жидкой среды.
Современные исследования в области нанотехнологий способствуют разработке интеллектуальных систем водоочистки, способных автоматически адаптироваться к изменениям состава загрязнений. Решения уже проходят испытания в Северной Америке, где они показывают отличные результаты в условиях работы с водой, содержащей непредсказуемые загрязняющие вещества.
Повторное использование сточных вод становится фундаментом рационального водо-
очистки она может применяться в промышленности, сельском хозяйстве или для бытовых нужд. В Израиле перерабатывается свыше 85% отходов водоснабжения, причём часть очищенной воды направляется на орошение сельскохозяйственных угодий. В Калифорнии внедрение технологий переработки помогло снизить зависимость от традиционных источников пресной воды, что актуально в условиях частых засух.
Применение фильтрованной воды в качестве вторичного ресурса уменьшает нагрузку на природные экосистемы, предотвращая чрезмерное изъятие ее из рек и подземных резервуаров. Для регионов с ограниченным доступом к водным запасам (Ближний Восток и страны Северной Африки), где рациональное их использование решающе в обеспечении устойчивого развития.
Современные подходы обработки сточных вод предлагают эффективные решения для устранения сложных загрязнений, сокращения потребления ресурсов и защиты окружающей среды. Постоянное совершенствование этих методов обеспечит повышение их результативности, снижение затрат и создание системы водопользования, способной удовлетворить требования будущих поколений.
пользования. После прохождения глубокой
Библиографический список
1. Высотина А.А., Нургалеев Б.А., Анищенко Ю.А. Инновационная технология очистки сточных вод на предприятии // Sciences of Europe. - 2020. - №57-1 (57).
2. Исхакова И.О., Ткачева В.Э. Инновационные методы очистки сточных вод современного гальванического производства // Вестник Казанского технологического университета. - 2016. -№10.
3. Литвинов В.А., Дядюн Т.О. Инновационные подходы к очистке сточных вод от соединений азота в локальных очистных сооружениях // Шаг в науку. - 2019. - №1.
4. Сутурин А.Н., Гончаров А.И. Очистка сточных вод городов и поселков ЦЭЗ оз. Байкал: новый инновационный комплексный подход // МНИЖ. - 2019. - №1-2 (79).
5. Шабанова С.В., Ермохин А.Ф., Василевская С.П., Волошин Е.В., Касимов Р.Н. Исследование целесообразности и эффективности применения новых прогрессивных методов в очистке хозяйственно-бытовых сточных вод на примере проекта КОСВ п. Грачёвка Оренбургской области // Известия ОГАУ - 2017. - №4 (66).
INNOVATIVE APPROACHES TO WASTEWATER TREATMENT: APPLICATION OF MODERN TECHNOLOGIES FOR ENVIRONMENTAL PROTECTION
A.S. Treskunova, Student
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (Russia, Saint Petersburg)
Abstract. The article studies modern approaches to wastewater treatment in order to reduce their negative impact on the environment. Membrane processes, biological treatment methods, advanced oxidation methods and the use of nanomaterials are considered. Particular attention is paid to the processing and reuse of wastewater as an element of rational water use. The main advantages of implementing these technologies are described.
Keywords: wastewater treatment, membrane technologies, biological treatment, nanotechnology, advanced oxidation methods, water recycling, sustainable water use, environmental protection, environmental safety, innovation.
