Батенков В.А. Охрана биосферы

Ваэротенках с равномерной подачей сточной воды нагрузка на ил по его длине равномерно уменьшается (рис. 4.11в). Они используются для очистки смесей промышленных и городских стоков.

Вокситенках вместо воздуха применяется технический кислород. Это позволяет увеличить в 5–10 раз окислительную способность процесса, повысить дозы активного ила до 6–10 г/л.

Важный фактор биологического окисления примесей – кислород. При механической аэрации воду с илом перемешивают мешалками, турбинками, щетками и т. п. Пневматическую аэрацию

взависимости от размера пузырьков воздуха подразделяют на три вида: мелкие пузыри (1–4 мм) при подаче воздуха в аэротенк под давлением через керамические или пластинчатые диффузоры; средние пузыри (5–10 мм) – подача воздуха через перфорированные трубы, щелевые устройства; крупные пузыри (>10 мм) – подача воздуха через сопла, трубы.

На рисунке 4.12 приведена технологическая схема аэротенка с регенерацией ила. Сточная вода подается в аэротенк 1, где обрабатывается активным илом. Смесь воды с илом поступает в отстойник 2, из которого после отстоя через верхнюю часть выводится очищенная вода, а через донное отверстие – отстоянный ил. Из насосной станции 3 часть ила через его регенератор 4 возвращается в аэротенк, а избыточного часть ила отправляется на переработку в метантенк.

При высокой исходной концентрации органических примесей в воде (БПКп > 0,15 г/л) используют двухступенчатую очистку с окислением 50–70% примесей на первой ступени.

141

4.3.7. Переработка водных суспензий (пульп)

Осадки сточных вод представляют полидисперсные водные суспензии – пульпы, которые обычно содержат 1–10% твердой тонко измельченной фазы.

Стадии переработки пульп, образующихся при очистке сточных вод: сгущение или уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание с последующей их утилизацией, обезвреживанием или ликвидацией.

Для уплотнения пульп используют методы гравитации, флотации, фильтрации. При этом удаляется около 60% излишней воды и масса осадка уменьшается в 2,5 раза. Гравитационное уплотнение проводят в вертикальных или радиальных отстойниках в течение

4–24 час.

Стабилизация осадков используется для биологического разрушения органического вещества на метан, СО2 и воду, чтобы в последующем избежать загнивания осадков. Для этого применяют стабилизацию в аэробных ( 20 оС, 8–11 суток) и анаэробных условиях.

Анаэробная стабилизация пульп. Анаэробное брожение наи-

более часто используют для предварительной очистки концентрированных сточных вод (навоза) и переработки их осадков. Его виды различают по конечному продукту: спиртовое, молочнокислое, метановое брожение, когда выделяется соответственно спирт, кислота, метан и газы: СО2, Н2. Для получения биогаза обычно используют метановое брожение, в котором из многих стадий различают:

а) стадию расщепления сложных органических веществ, в частности целлюлозы, с образованием органических кислот, а также спиртов, ацетона, H2S, CO2 и др.; при этом вода подкисляется до рН около 6;

б) разрушение кислот метановыми бактериями до метана и

СО2.

В среднем степень распада органических соединений составляет 40%. Из 1 т сухого вещества навоза или помета получается 450–650 м3 биогаза. При сбраживании выделяются газы со средним содержанием 60–70% метана, остальное – в основном диоксид углерода. Его теплотворная способность 20–25 мДж/кг.

Процессы сбраживания обычно ведут в две ступени, последовательно в двух метантенках: сначала в термофильных (50–55 °С), а затем в мезофильных условиях (около 35 °С). Часть

142

осадка из второго метантенка возвращается в первый, где обеспечивается хорошее перемешивание. Метантенки – это герметически закрытые железобетонные резервуары с коническим днищем, диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3.

Шлам

9

Рис. 4.13. Схема установки для получения биогаза

На рисунке 4.13 приведена схема установки для получения биогаза. Органические стоки, обычно жидкий навоз, поступают в приемник-теплообменник 1, где подогреваются нагретым шламом, подаваемым по трубе-теплообменнику насосом 9 из метантенка 3, и разбавляются горячей водой. Дополнительное разбавление стоков горячей водой и подогрев до нужной температуры проводится в аппарате 2. Сюда же для создания нужного соотношения С/N подаются отходы полеводства. Биогаз, образующийся в метантенке 3, частично сжигается в нагревателе воды 4, и продукты горения выводятся через трубу 5. Остальная часть биогаза проходит через устройство очистки 6, сжимается компрессором 7 и поступает в газгольдер 8. Шлам из аппарата 1 поступает в теплообменник 10, где дополнительно охлаждаясь подогревает холодную воду. Шлам представляет собой обеззараженное высокоэффективное естественное удобрение, способное заменить 3–4 т минерального удобрения типа нитрофоски.

143

Кондиционирование осадков – это изменение структуры и формы связи воды в осадке, благодаря чему он полнее обезвоживается. Для ускорения процесса применяют коагуляцию растворами хлорного железа, извести, путем смешения различных видов осадков, что составляет до 40% затрат на обработку осадков. Более экономичны безреагентные методы: нагревание до 80–90 оС, замораживание с оттаиванием, электрокоагуляция.

Обезвоживание проводят на иловых площадках и механическим способом – на фильтрах разной конструкции и центрифугах. Широко применяются вакуум-фильтры. Термическая обработка осадков – это их сушка топочными газами, перегретым паром, горячим воздухом. Наиболее часто используются дымовые газы с температурой 500–800 оС.

4.4. Очистка суши от загрязнений

4.4.1. Общие сведения

Суша – часть биолитосферы, не покрытая водой. Остальная часть биолитосферы находится под водой океанов, морей, водоемов.

Загрязнение объектов суши (почвы, растительности, строений, недр) возможно газами, аэрозолями, пылевидными, жидкими и твердыми веществами. Источники загрязнения: выбросы теплоэлектростанций, других предприятий и заводов, выхлопные газы автомашин, кислотные дожди, поливные воды, вносимые в почву пестициды и излишние удобрения, отходы производства и жизнедеятельности людей. Примеры загрязнения суши приведены в п. 2.3.4.

4.4.2. Охрана почв от загрязнений

Различают два вида вредного воздействия на почву: ее засоление и загрязнение.

Засоление почвы. Оно происходит через неглубокие грунтовые воды с высоким содержанием солей. В засушливых местностях такие воды поднимаются по капиллярам к поверхностным слоям почвы и испаряются. Другой вариант – засоление почв при орошении, когда соленые грунтовые воды поступают в поливные воды через грунт каналов и арыков.

144

Мероприятия по предотвращению засоления почв: вертикальная машинная откачка (дренаж) грунтовых вод, гидроизоляция каналов полимерными пленками, промывка почвы.

Городские земли загрязняются поваренной солью, которой зимой посыпают дороги. От этого страдают и гибнут зеленые насаждения, загрязняются ближайшие водоемы. Недопустимость такой обработки дорог очевидна. Она наглядный пример экологической безграмотности городских властей, их пренебрежения к охране природной среды.

Загрязнение почвы. Почвы могут загрязняться пестицидами, токсикантами, патогенными бактериями. Особенность загрязнения почвы – способность накапливать поступающие в нее загрязнения. Это отличает ее от подвижных вод гидросферы.

Применение пестицидов позволяет на 10-40% снизить потери урожая от вредителей, болезней, сорняков и повысить урожайность. Мировое производство пестицидов составляет более 2 млн т, в России – около 150 тыс. т. Основные требования к пестицидам: низкая токсичность для полезных организмов почвы и водоемов; достаточно быстрое разложение в почве и воде с образованием продуктов, безопасных для полезных организмов и человека; максимально высокая эффективность против вредных организмов при минимальных нормах расхода; высокая экономическая эффективность использования; безопасная и удобная форма применения. Но неумеренное их использование приводит к гибели полезных живых организмов, загрязнению почвы и вод.

Загрязнение почвы токсичными веществами на расстоя-

нии в десятки километров происходит преимущественно вокруг больших городов и крупных предприятий металлургии, нефтехимии, угледобычи, машиностроения при попадании в почву выбросов, сбросов, отходов. Помимо кислотных осадков основными токсикантами – загрязнителями почвы являются свинец (до 80 ПДК), медь (до 10 ПДК), нефть (в десятки раз) и др. Почва вдоль дорог загрязняется свинцом, 3,4-бензпиреном. Допустимые нормы загрязнения почвы веществами приведены в таблицах 4.4 и 4.5.

Биологическое загрязнение почвы связано с обитанием в ней болезнетворных микроорганизмов: палочек сибирской язвы, столбняка, ботулизма, газовой гангрены, дизентерии, холеры, тифа, чумы, ящура, бруцеллеза и др. Их источники: недостаточно обезвреженные твердые и жидкие отходы жилых помещений, учреждений

145

здравоохранения, выбросы животноводческих комплексов, боен, биофабрик, скотомогильники. Некоторые эти загрязнения в почве погибают сравнительно быстро. Другие из них живут довольно долго. Так, возбудители туляремии сохраняются от нескольких суток до двух месяцев, тифа, паратифа, холеры – до трех месяцев, бруцеллеза, энтеровирусы – до пяти месяцев.

Таблица 4.4 Предельно допустимые концентрации ряда пестицидов в почве

ДОК – допустимая ориентировочная концентрация.

Таблица 4.5 Предельно допустимые концентрации веществ в почве

Мероприятия по охране почвы от загрязнений. Очистка почвы от загрязнений с использованием физико-химических и химических методов, которые используются для очистки сточных вод и воздуха, практически невозможна. Поэтому главным способом

146

охраны почв от загрязнений является предотвращение их попадания в почву.

Это комплекс следующих предупредительных мероприятий:

грамотное применение пестицидов, исключающее за-

грязнение почвы: правильный выбор дозы, сроков и способов внесения, использование новых, более безвредных и эффективных пестицидов;

снижение количества вредных веществ, особенно токсичных пестицидов, попадающих в почву при их транспортировке, хранении, применении;

обезвреживание сбросов и отходов, загрязненных патогенными микробами;

контроль уровня загрязнений почвы и продуктов, производимых на ней.

В России прекращено производство и запрещено применение ряда весьма ядовитых веществ и препаратов, например, таких как анабазин сульфат, арсенит кальция, кильваль, циан плав, метафос, полихлорбутан, цирам, а также стойких в течение длительного времени пестицидов: ДДТ, полидофен, полихлорпинен и др. Запрещается: применение всех пестицидов на расстоянии менее 300

мот акватории водоемов, а для склонов – менее 500 м; авиахимическое распыление пестицидов на участках, расположенных ближе 1 км от населенных пунктов; обработка стойкими и высоко кумулятивными пестицидами (ГХЦГ – гексахлорциклогексан, полихлоркафен и др.) полей, лугов для выпаса скота и заготовки кормов.

Основной способ очистки загрязненных почв – вывод их из продуктивного оборота на время, пока дожди, газы воздуха и организмы почвы не разрушат, не растворят и не унесут загрязняющие вещества. Но он длителен (годы) и нерентабелен.

4.4.3.Утилизация и переработка твердых отходов

Отходы производства и потребления – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также продукция, утратившая свои потребительские свойства.

Твердые отходы делят на три группы. Промышленные от-

ходы: отвалы, шлаки, шламы, зола и другие горной, горно-хими- ческой, металлургической промышленности и ТЭЦ; металлическая стружка, брак, металлолом металлообрабатывающих предприятий;

147

фосфорогипс, огарок, шламы, отходы резины, пластмасс и другие химической промышленности; радиоактивные отходы атомной промышленности и АЭС; опилки, стружки, отходы лесозаготовок, лесопиления, изделий и строений из дерева лесной и деревообрабатывающей промышленности; кости, шерсть, мусор, шелуха и другие пищевой и легкой промышленности.

Сельскохозяйственные отходы: корни, солома, растительный мусор, навоз, остатки пестицидов и удобрений, металлолом, старая резина, обломки тары.

Бытовые отходы городов России: пищевые (30–40%) и бумажные (20–30%) отходы, битое стекло (5–7%), текстиль (3–5%), пластмассы (3–5%), камни и кости (2–5%), металлолом (2–4%), резина и кожа (2–3%), дерево (2–3%), строительный мусор (1–2%), шлак (1–2%) и т.д. Приведено примерное процентное содержание. Оно сильно зависит от времени года и даже дня недели. Так, пищевых отходов весной накапливается 20–25%, осенью – 40–50%.

В России из около 6 млрд т отходов около 4,8 млрд т – это отвалы и отходы обогащения и переработки горных пород, 200 млн т – отходы и шлаки производств, 260 млн м3 – осадки сточных вод и водоподготовки, 140 млн м3 – твердые бытовые отходы, 75 млн т – высокотоксичные отходы.

Утилизация и переработка отходов. Вред от отходов за-

ключается в их большом количестве, повсеместном размещении на больших площадях (в России – сотни тысяч гектаров), загрязнении ими воздуха, водоемов, земель. Необходимы переработка, утилизация и захоронение отходов. При дальнейшем использовании отходы подразделяют на утилизируемые и неутилизируемые. К первым относятся отходы металлов, металлолом и отходы некоторых нефтепродуктов. Пример классификации неутилизируемых отходов приведен в таблице 4.6.

Утилизация металлических отходов. Система сбора, хра-

нения, обработки и утилизации отходов наиболее разработана для лома черных и цветных металлов. Она регламентирована ГОСТ 27.87-75 «Нормы и правила утилизации черных металлов» и ГОСТ 16.39-78 «Нормы и правила утилизации цветных металлов». Основные операции подготовки металлов: сортировка металлолома и металлических отходов по видам металла, разделка лома для удаления неметаллических включений, механическая обработка: рубка, резка, пакетирование.

148

Переработка и обезвреживание неутилизируемых отхо-

дов. Методы их ликвидации приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 Классификация отходов по гигиеническому признаку

Инертные отходы, которые представляют основную массу (57%), используют для планировочных работ и в строительстве дорог. Слаботоксичные и малорастворимые в воде отходы (30%) складируют и перерабатывают совместно с твердыми легко разлагающимися органическими веществами (3%). Нефте- и маслоподобные отходы (1,5%) сжигают совместно с бытовыми отходами. На мусороперерабатывающих и мусоросжигающих заводах применяют современные способы переработки, прежде всего, бытовых отходов с получением полезных материалов и вторичного сырья.

Утилизация и ликвидация обезвоженных осадков сточных вод. Способ утилизации зависит от вида осадков. Осадки, содержащие гумус, используются в сельском хозяйстве. Инертнообразные осадки после сушки применяют в качестве стройматериалов. Осадки, включающие соединения ценных металлов (никеля, меди, олова, цинка и др.), отправляют на регенерацию в гальванические цеха. Пористые осадки используют в качестве адсорбентов.

При невозможности проведения утилизации обезвоженных осадков применяется, как правило, их ликвидация. Если это органические осадки, то их обычно сжигают, поскольку они способны

149

выделять большое количество тепла. Минеральные осадки, если их нельзя утилизировать или сжечь, сбрасывают в специальные накопители, шахты, земляные пустоты.

Токсичные отходы, содержащие ртуть, мышьяк, свинец, сурьму, олово, никель, кoбальт и ряд других тяжелых металлов со слабым загрязнением воздуха, складируют на специально отведенных полигонах. Минеральные и токсичные органические вещества, способные отравлять окружающий воздух, отдельно собираются в герметичные емкости. Их индивидуально либо совместно обезвреживают на специальных установках. Переработка токсичных отходов на полигонах осуществляется согласно санитарным нормам и правилам, которые имеют идентификационный номер СНиП

2.01.28-85.

Радиоактивные твердые отходы обычно затаривают в не разрушающиеся герметичные емкости, которые помещают на хранение в подземные железобетонные колодцы и шахты. Более совершенным является способ остекловывания радиоактивных твердых отходов, что исключает их распыление и порчу от коррозионных разрушений.

Контрольные вопросы

1.Нужно ли очищать воздух, воды, сушу от загрязнений? Почему?

2.Каковы основные виды загрязнителей атмосферы и их источники?

3.Каковы ПДК основных видов атмосферных загрязнений?

4.Как рассчитать максимальную приземную концентрацию См?

5.Что такое ПДВ? Как его рассчитать для горячего газа?

6.Что такое ПДТ? Как его можно рассчитать?

7.Как оценивают эффективность очистки воздуха от загрязнений?

8.Какие свойства пыли влияют на эффективность ее улавливания?

9.Какие аппараты используются для очистки пыли?

10.Каковы параметры процесса очистки газов от пыли в пылеосадительных камерах?

11.Каков принцип работы циклона? Какова его производительность, эффективность очистки?

12.Каким образом очищают газы от пыли ротационные и вихревые пылеуловители?

13.Как устроены и как работают электрофильтры при очистке газов от пыли и туманов?

14.Что такое фильтроэлементы? Каковы их конструкции? Где и как они используются?

150