Экологические основы природопользования

Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют следующие методы: абсорбции, хемосорбции, адсорбции, термического дожигания, каталитической нейтрализации.

Абсорбция - это явление растворения вредной  газовой примеси сорбентом, как  правило, водой. Методом абсорбции  можно улавливать только хорошо растворимые  газовые примеси и пары. Так, хорошей  растворимостью в воде обладают аммиак, хлороводород, фтороводород, пары кислот и щелочей. Для проведения процесса абсорбции используют аппараты мокрого типа, применяемые в технике пылеулавливания.

Термическое дожигание - это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900...1200°С). Термическое дожигание применяют для очистки отходящих газов от органических веществ, например, паров растворителей и красок в лакокрасочных производствах, очистки выбросов испытательных станций двигателей, работающих на органических горючих.

При сильном  и многокомпонентном загрязнении  отходящих газов применяют сложные  многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных  аппаратов различного типа.

В загрязненном воздухе в качестве индивидуальных средств защиты применят респираторы  и противогазы.

Задача  очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже, водная среда более ранима и чувствительна к загрязнениям.

Защита  гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств: рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода; разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков; использованием средств очистки стоков.

С целью  стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно  организовывать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, чем сброс сточных вод. Если при этом для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффективную очистку собственных стоков. Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек русла реки, этим увеличивается интенсивность перемешивания и кратность разбавления стоков.

Методы  очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические.

Механическая  очистка сточных вод от взвешенных частиц (твердых частиц, частиц жиро-, масло- и нефтепродуктов) осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание  применяют для удаления из сточной  воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решетках с шириной  прозоров 15...20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей от осадков частиц осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью, большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях. Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм. Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды.

Отстойники  применяют для гравитационного выделения из сточных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движения основного потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные и радиальные. Сточная вода поступает через центральную трубу и зазор между срезом трубы и отражательным щитком в цилиндрический отстойник. Жировые вещества всплывают на поверхность, откуда отводятся по жиропроводу. Тяжелые взвешенные частицы оседают в коническую часть отстойника и отводятся по илопроводу. Очищенная (осветленная) вода по водосборному лотку, уровень которого расположен ниже уровня всплывающего жира и нефтепродуктов, отводится на следующие ступени очистных аппаратов.

Фильтрование  используют для очистки сточных  вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п. Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом.

Флотация  заключается в обволакивании  частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную  воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В зависимости  от способа образования пузырьков  различают флотацию пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию.

Физико-химические методы очистки применяют для  удаления из сточной воды растворимых  примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционне, реагентные, ионообменные и др.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическим путем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-ко-ричневую или черную жидкую массу, обладающую землистым запахом. С биологической точки зрения активный ил - это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов, в иле могут присутствовать простейшие (в аэротенках), черви, личинки насекомых, водные клещи в биофильтрах. При очистке многих видов сточных вод, в том числе бытовых, используют бактерии рода Pseudomonas - грамотрицательные палочки.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или специальных  сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр - это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства (механообрабатывающее, гальваническое, литейное, окрасочное, кузнечное и т. д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом: отдельные производства имеют свои локальные очистные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них на централизованную систему очистки до значений, установленных для предприятия предельно-допустимых сбросов. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий.

2.2. Утилизация и захоронение отходов. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии

По агрегатному  состоянию отходы разделяются на твердые и жидкие. По источнику образования на промышленные, образующиеся в процессе производства (металлический лом, стружка, пластмассы, пыль, зола и т. д.), биологические, образующиеся в сельском хозяйстве (птичий помет, отходы животноводства, отходы растениеводства и другие органические отходы), бытовые (в частности осадки коммунально-бытовых стоков), радиоактивные. Кроме того, отходы разделяются на горючие и негорючие, прессуемые и непрессуемые. По токсичности отходы подразделяются на 5 классов токсичности: 1 -чрезвычайно опасные (бенз(а)пирен, сулема, цианид калия, хром (VI) и др.), 2 - высоко опасные (хлорид меди (II), нитрат свинца и др.), 3 - умеренно опасные (сульфат никеля и др. ), 4 - малоопасные (хлорид кальция, диоксид марганца и др.), 5 - нетоксичные.

Отходы, которые в дальнейшем могут быть использованы в производстве, относятся к вторичным материальным ресурсам. Например, макулатура для производства бумаги; стеклянный бой - стекла; металлический лом - металла; зола, пыль, шлаки - строительных материалов и конструкций; отходы птицеводства и животноводства - органических удобрений; отработанные масла и нефтепродукты - производства масел и т. д. Для полного использования отходов в качестве вторичного сырья разработана их промышленная классификация, которая подразделяет, например лом и отходы металлов по физическим признакам на классы, по химическому составу - на группы и марки, по показателям качества - на сорта.

Важнейшим этапом обращения с отходами является их сбор. При сборе отходы должны разделяться по признакам, указанным  выше, и в зависимости от дальнейшего  использования, способа переработки, утилизации, захоронения. Классификация  отходов уже на стадии их сбора  очень важна, так как позволяет существенно упростить и удешевить их дальнейшую переработку за счет исключения или сокращения расходов на их разделение. К сожалению, в нашей стране сбор и особенно их разделение на стадии сбора поставлены пока значительно хуже, чем во многих промышленно развитых странах.

После сбора  отходы подвергаются переработке, утилизации и захоронению. Перерабатываются такие отходы, которые могут быть полезны.

Отходы  животноводства, птицеводства, осадки коммунально-бытовых сточных вод, не содержащие тяжелых металлов, могут  быть переработаны и использованы в качестве экологически чистых удобрений. Для этого используются различные способы: биотехнологический (компостирование), химический (аэробный и анаэробно-аэробный), физический (термическая сушка). Отходы резинотехнических изделий, в частности автомобильных шин, подвергают измельчению и вновь отправляют на изготовление этих изделий. Ртутные дуговые и люминесцентные лампы подвергают демеркуризации и получают ртуть. Отработанное на атомных станциях ядерное горючее перерабатывают на радиохимических заводах с целью выделения плутония-239 и урана-235 для дальнейшего использования в ядерных реакторах и других целей.

Наиболее  важным этапом в процессе последующей  переработки и использования  бытовых отходов является их разделение уже на стадии их сбора в местах образования, т. е. непосредственно  в жилых зонах. Отходы должны разделяться  на пищевые, бумагу, стекло, пластмассу и различные упаковки. Пищевые  отходы в дальнейшем могут перерабатываться на корма и органические удобрения, бумажные отходы для производства бумажных изделий и т. д. Остро стоит проблема применения таких пластмасс и материалов упаковок, которые при сжигании не образовывали бы токсичных веществ, в частности диоксинов, или разлагались в почве под действием естественных биологических процессов.

Переработка отходов - важнейший этап в обеспечении  безопасности жизнедеятельности, способствующий защите окружающей среды от загрязнения  и сохраняющий природные ресурсы.

Отходы, не подлежащие переработке и дальнейшему  использованию в качестве вторичных  ресурсов (переработка которых сложна и экономически не выгодна или  которые имеются в избытке), подвергаются захоронению на полигонах. Перед захоронением на полигоне отходы с высокой степенью влажности обезвоживаются. Прессуемые отходы целесообразно спрессовывать, а горючие - сжечь с целью снижения их объема и массы. При прессовании объем отходов уменьшается в 2...10 раз, а при сжигании - до 50 раз.

Сжигание  в печах на мусоросжигательных заводах получило широкое распространение. Такие заводы работают во многих странах мира, в Москве, Санкт-Петербурге. Существующие в настоящее время системы сжигания опасных отходов позволяют также использовать теплоту сжигания. Недостатком сжигания являются значительно большие издержки по сравнению с вывозом на свалку, сбросом в море и захоронением в отработанные шахты. Однако термический способ уничтожения отходов предпочтительнее складирования их на свалках и полигонах. При сжигании существуют также серьезные проблемы, связанные с образованием газообразных токсичных выбросов. Мусоросжигающие заводы должны оборудоваться высокоэффективными системами пыле-, газоочистки.

Отходы  складируются на полигонах. Полигоны бывают различного уровня и класса: полигоны предприятий, городские, регионального  значения. Полигоны оборудуются для  защиты окружающей среды, в местах складирования  выполняется гидроизоляция для  исключения загрязнения фунтовых вод. Характер оборудования полигона зависит  от типа и класса токсичности складируемых отходов. Полигоны должны располагаться вдали от водоохранных зон и иметь санитарно-защитные зоны. К сожалению, в России большая часть отходов по-прежнему вывозится на свалки, которые активно загрязняют при-родную среду.

Цементирование - самый простой метод, однако закрепление радионуклидов в цементном камне недостаточно надежно, радионуклиды вымываются, камень со временем может разрушиться. Битумирование обеспечивает надежное закрепление радионуклидов, но при высокой активности отходов выделяется большое количество теплоты радиоактивного распада, и битумный блок может расплавиться (температура плавления битума 130°С). Остеклование - наиболее надежный, но и самый дорогой метод. Для высокоактивных отходов применяют метод включения остеклованных отходов в металлическую матрицу.

Захоронение радиоактивных отходов осуществляют в могильниках в геологических  формациях. Могильники могут оборудоваться в поверхностных слоях почвы, в массивах каменной соли (часто используют отработанные соляные шахты), кристаллических горных породах. Они должны располагаться в местах, не подверженных наводнениям, селям, оползням, в сейсмически безопасных районах, где нет близко грунтовых вод. До настоящего времени вопросы утилизации и захоронения радиоактивных отходов полностью не решены.