Основные продукты загрязнения и их приемники

Экономический рост стран напрямую связан с увеличением количества отходов. В странах ЕС количество бытовых и торговых отходов на душу населения уже на 100 кг превышает установленную Пятым планом действий ЕС в области окружающей среды в качестве целевой величину 300 кг на душу населения в год. За период 1992-1998 гг. отходы городских станций очистки сточных вод в странах ЕС возросли с 5,2 до 7,2 млн т сухого вещества, в будущем эта цифра будет расти. Такие объемы твердых отходов с трудом поддаются ликвидации путем сжигания, захоронения на свалках и утилизации в сельскохозяйственном производстве. Проблема осложняется еще и тем, что в этих отходах часто содержатся токсичные ЗВ (тяжелые металлы и др.). В большинстве европейских стран основным способом удаления отходов остается их захоронение на свалках, хотя все в большей степени ощущается нехватка их площадей.

На территории Российской Федерации к 2002 г. в хранилищах, накопителях, могильниках, а также на полигонах, свалках и других объектах, принадлежащих предприятиям, накоплено свыше 44 млрд. т отходов, из которых использовано и обезврежено более 1214 млн т. Среди отраслей промышленности наибольшие объемы Таблица 3.2. Структура образования отходов промышленности в Российской Федерации за 2002 г., млн т [9]

образования отходов отмечены в топливной промышленности, черной и цветной металлургии (табл. 3.2).

ПРИЕМНИКИ ОТХОДОВ

К элементам техносферы можно отнести различные места и емкости для складирования жидких и твердых отходов. Главную опасность представляют собой места хранения жидких отходов и смесей жидких и твердых отходов, которые обычно представляют собой поверхностные земляные емкости или промышленные бассейны. Сюда входят: пруды-отстойники, осветлители, накопители, пруды-испарители, шламонакопители, хвостохранилища, «белые моря», гидрозолотоотвалы и др. Все они расположены в естественных или искусственных углублениях рельефа и обвалованы. Как правило, все эти приемники являются составной частью системы промышленной канализации предприятий различных отраслей промышленности (см. табл. 3.1). Отдельные приемники отходов имеют специальное назначение, определяющееся спецификой отраслей промышленности: хвостохранилища предназначены для отвода жидких и твердых отходы горнообогатительных фабрик; шламохранилиша - для отвода жидких и твердых отходов предприятий металлургической, металлообрабатывающей и машиностроительной отраслей промышленности; гидрозолоотвалы, пруды-охладители связаны с предприятими энергетической промышленности.

Все приемники отходов  предназначены для отстоя, осветления, охлаждения, испарения, накопления и  доочистки сточных вод перед  сбросом их в реки или использованием в оборотном водоснабжении, а  также для постоянного складирования. Распространенными в качестве приемников жидких отходов являются поля фильтрации и поля орошения сточными водами. Далее  дается описание некоторых приемников отходов по работам.

Пруды-накопители, испарители, буферные пруды. Сточные воды сбрасываются в эти приемники с целью их накопления и частичного сброса в реки, а также с целью испарения. Если из пруда идет постоянный сброс в реки или водоем транзитным путем, то он называется буферным. Площади прудов достигают нескольких десятков квадратных километров, глубина — 3—20 м.

Пруды-накопители и испарители рассчитываются на заполнение в течение  нескольких (иногда 15—20) лет. Они размещаются  в пониженных местах рельефа и  обносятся дамбой. Для уменьшения утечек из этих приемников их располагают  на слабопроницаемых грунтах или  в их основаниях (днищах) создают  искусственные противофильтрационные экраны.

«Белые моря» предназначены  для складирования жидких и твердых  отходов (пульпы) содовых и содово-цементных  заводов. Свое название они получили из-за образования на поверхности бассейна белой солевой корки от сбрасываемых высококонцентрированных солевых растворов, в основном хлоридных, с минерализацией 150—200 г/л. «Белые моря» размещают на равнинной местности на террасах и поймах рек и обваловывают слабопроницаемыми породами. Площади их очень большие — до нескольких десятков квадратных километров.

Пульпа поступает в  «белое море» непрерывно, а сброс  осветленной жидкости из него в реку производится преимущественно в  половодье с целью обеспечения  необходимого разбавления стоков. Накопление сточных вод в «белом море» происходит в течение 10—11 месяцев, а сброс их в реку — в течение 1—2 месяцев. В большинстве случаев полного опорожнения во время сброса не происходит, из-за чего в многолетнем разрезе уровень «белого моря» повышается.

Днища «белых морей» обычно экранируют, но часто утечки сточных  вод через основание и дамбы весьма значительны и приводят к загрязнению подземных вод.

Хвостохранилища. Хвостохранилища подразделяются в зависимости от места расположения на равнинные, пойменные, огражденные со всех сторон дамбами, и овражно-балочные, создаваемые путем перегораживания оврагов и балок плотинами. В хвостохранилища отводится пульпа с содержанием твердой и жидкой фаз в соотношении от 1:15 до 1:30. Твердая часть отходов оседает, а осветленная вода используется для оборотного водоснабжения. При растекании пульпы по хвостохранилищу образуются хвосты твердых отходов, характеризующиеся дифференциацией твердых частиц по размерами по пути растекания пульпы: в начале пути осаждаются крупные фракции, в середине — менее крупные, в конце — наиболее мелкие; в этом же направлении уменьшается коэффициент фильтрации отложенных хвостов.

Хвостохранилища занимают площади размером в несколько квадратных километров. Состав жидкой части пульпы зависит от вида обогащаемой продукции и способа обогащения. Например, при гравитационном способе обогащения руд черных металлов сточные воды загрязнены, главным образом, механическими примесями, а химический состав их мало отличается от состава исходной воды, используемой в технологическом процессе. На обогатительных фабриках цветных металлов обогащение производится методом флотации, в результате чего сточные воды содержат большое количество минеральных и органических соединений — флотореагентов, в качестве которых применяются соляная и серная кислоты, сульфид натрия, известь, цинковый и медный купорос, крезолы, фенолы, олеиновая кислота и др. Все эти вещества со сточными водами могут попадать в подземные воды.

Шламохранилища (шламонакопители). Представляют собой крупные земляные сооружения, занимающие очень большие площади, глубиной заполнения до 50 м и сроком эксплуатации свыше 10-15 лет. Предназначены они для приема твердых отходов металлургического производства шламов, подаваемых гидравлическим способом. Вместе со шламами поступает большое количество сточных вод, которые осветляются, охлаждаются и перемешиваются.

По условиям сооружения с  учетом рельефа шламохранилища делятся на те же типы, что и хвостохранилища. Шламохранилища бывают односекционные с общим приемом сточных вод либо многосекционныс с раздельным приемом сточных вод. В связи с тем, что на металлургических заводах имеются различные производства, в шламохранилища поступают разнородные по химическому составу стоки. В сточных водах коксохимических заводов содержатся фенолы, аммиак, сероводород, роданиды, цианиды, смолы, хлориды, сульфаты, пиридины, углеводороды. В сточных водах прокатных цехов основными ЗВ являются технические масла, нефтепродукты, окалина. В сточных водах машиностроительных предприятий содержатся серная кислота, цианистый натрий, хром, алюминий, кадмий, свинец. Такое разнообразие ЗВ, хранящихся в сточных водах в шламохранилищах, может вызвать интенсивное загрязнение ПВ.

Золоотвалы (шлакоотвалы). Занимают большие площади земляных емкостей, в которые складируются твердые отходы от тепловых электростанций. Отходы представляют собой смесь золошлаковых материалов (твердых негорючих остатков от сжигания топлива), шлаков (частиц размером более 0,25 мм, образующихся при сгорании топлива) и зол (частиц размерами менее 0,25 мм). В золоотвалах накапливается также большое количество сточных вод из-за подачи золошлакового материала гидравлическим способом. По условиям размещения в зависимости от рельефа золоотвалы подразделяются на те же типы, что и хвостохранилища.

По способу удаления золошлакового материала выделяются намывные (подача золы и шлака гидротранспортом - по пульпопроводу, каналу) и насыпные золоотвалы (отсыпка золошлакового материала сухогрузным транспортом).

Характерными химическими  элементами в составе золошлаковых материалов являются Са, SiO₂, Аl₂0₃, Fе₂0₃ и др. [7, 8].

Поля орошения. Предназначены для очистки сточных вод путем фильтрации и одновременной утилизации способом орошения для выращивания сельскохозяйственных культур. Размещаются они на любых типах почв. Различают коммунальные (КПО) и земледельческие (ЗПО) поля орошения. На КПО осуществляется, прежде всего, очистка сточных вод, а производство сельскохозяйственной продукции имеет второстепенное значение, нормы нагрузки на эти поля составляют 30—90 м³/га/сут. Назначение ЗПО в первую очередь сельскохозяйственное, нагрузка на них составляет не более 5—20 м³Да/сут. Эффективность очистки сточных вод выше на ЗПО, чем на КПО. Для орошения на ЗПО и КПО используются большей частью коммунальные и слабозагрязненные промышленные сточные воды, кроме этого используют и разбавленные животноводческие отходы.

Поля фильтрации (ПФ). ПФ предназначены только для очистки сточных вод. Они оборудуются только на песчаных почвах, т.е. на хорошо проницаемых породах. Нормы нагрузки на ПФ значительно выше, чем на поля орошения, и составляют 90—300 м³/га/сут. Очистка сточных вод на ПФ менее эффективна, чем на полях орошения. Поля фильтрации и орошения могут оказаться источниками загрязнения ПВ.

Свалки. С давних времен твердые  бытовые отходы, основную массу которых (от 45 до 80%) составляют органические вещества, традиционно захоранивают на городских свалках, в оврагах или карьерах. Спонтанно сформированное на свалках микробное сообщество медленно разлагает органические вещества. При этом образуется биогаз (смесь метана и С0₂), загрязняющий приземный воздух и атмосферу. За 30—50 лет утилизуется примерно 30% захороненной органики, остальная часть продолжает разлагаться с уменьшающейся скоростью в течение последующих десятилетий и, возможно, столетий. Мусорные залежи в то же время служат источником выщелачиваемой жидкости (фильтрата), количество и состав которой определяются влажностью, размерами и типом бытовых отходов, а также состоянием верхнего, покрывающего слоя. В свою очередь, эти характеристики зависят от дождевых и талых вод, просачивающихся через свалочную толщу. Таким образом, свалки — источник загрязнения поверхностных и подземных вод и дополнительного поступления метана в атмосферу, повышенное содержание которого может способствовать глобальному потеплению климата.