2. Физико-химические методы очистки воздуха

Наиболее распространены адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы очистки газов. Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО₂, СО, оксидов азота, SO₂ и от взвешенных частиц.

Очистка газов от СО₂:

а) абсорбция (поглощение) водой, растворами этаноламинов и холодным метанолом;

б) поглощение цеолитами. Углекислый газ избирательно поглощается цеолитами (молекулярные сита), поэтому их используют для извлечения СО₂ из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности человека (влаги и СО₂) в современных экологически изолированных системах (космические корабли, подводные лодки и т.д.).

Очистка газов от СО:

а) дожигание на катализаторах;

б) конверсия водяным паром:

СО + Н₂О→СО₂ + Н₂.

Очистка газов от оксидов азота:

а) окислительные методы очистки основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением их водой с образованием HNO₃;

б) восстановительные каталитические методы очистки основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в присутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей;

в) сорбционные методы очистки включают абсорбцию оксидов азота водными растворами щелочей и известью, адсорбцию оксидов азота твердыми сорбентами (уголь, торф, силикагели, цеолиты и т.д.).

Очистка газов от SO₂ осуществляется аммиачным, нейтрализационным и каталитическим методами [3].

Очистка газов от взвешенных частиц (пыли) происходит с помощью специальных фильтров (фильтры Петрянова), скрубберов, циклонов и т.д.

3. Охрана литосферы

Защита литосферы включает в себя защиту почв от деградации и потерь в результате водной и ветровой эрозии, заболачивания, засоления, загрязнения, необоснованного изъятия их из сельскохозяйственного оборота и т.п. В понятие "охрана литосферы" входит также утилизация отходов, охрана и рациональное использование недр, рекультивация нарушенных территорий, защита массивов горных пород и т.п.

1. Твердые отходы и методы их утилизации

Основные виды загрязнения литосферы - твердые бытовые и промышленные отходы. На одного жителя в городе в среднем приходится в год примерно по 1 тонне твердых отходов, причем этот показатель ежегодно растет. Рассмотрим основные методы охраны окружающей среды от твердых бытовых и промышленных отходов, но прежде познакомимся с такими основными понятиями, как:

утилизация отходов (от лат. utilis — полезный) - вовлечение отходов в новые технологические циклы и дальнейшее их хозяйственное использование, утилизация промышленных отходов - их использование в качестве вторичного сырья, топлива, удобрений и т.п.;

реутилизация - повторная, иногда многократно-последовательная переработка образовавшихся ранее отходов;

захоронение отходов - помещение их под землю в специально созданные выемки, брошенные угольные шахты и др. в целях исключения возможности их дальнейшего использования и предотвращения попадания загрязняющих веществ в окружающую среду;

детоксикация (обезвреживание) отходов - освобождение их от вредных (токсичных) компонентов на специализированных установках.

В настоящее время и по масштабам накопления, и по степени негативного воздействия на окружающую среду экологической проблемой века стали твердые отходы. Поэтому их сбор, удаление, детоксикация, переработка и утилизация - одна из главнейших задач инженерной защиты окружающей природной среды. Важна защита среды обитания и от обычных, т.е. нетоксичных отходов. На урбанизированных территориях размещение отходов уже сейчас имеет первостепенное значение среди экологических проблем. Решение этого вопроса регламентируется Законом Российской Федерации «Об охране окружающей среды» и находит отражение в Федеральной целевой комплексной программе "Экологическая безопасность России (1993-1995)».

Рассмотрим, как в современный период осуществляют защиту окружающей среды от твердых бытовых и промышленных отходов, а также от радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. В отечественной и мировой практике наибольшее распространение получили следующие методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО):

• строительство полигонов для захоронения и их частичной переработки;

• уничтожение на мусоросжигающих заводах;

• компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива);

• ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и др.);

• предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов;

• пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа воздуха) ТБО при температуре 1700 ºС.

По оценке ряда специалистов, на данной стадии развития производства, которое в целом характеризуется преобладанием ресурсопотребляющих технологий и огромным накоплением отходов, наиболее приемлемым методом следует признать строительство полигонов для организованного и санкционированного хранения отходов и частичной их переработки (в основном методом прямого сжигания). Конструктивные схемы допускают высоту таких полигонов до 60 м и послойное его заполнение с помощью бульдозеров, для чего устраивают пологий внешний откос. При определенных условиях (инертность, слабая токсичность) совместно с ТБО могут складироваться и промышленные отходы. Особое внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания отходов - 50 -100 лет.

Один из перспективных методов переработки твердых бытовых пищевых отходов - их компостирование с аэробным окислением органического вещества. Полученный компост используют в сельском хозяйстве, а некомпостируемые бытовые отходы поступают в специальные печи, где термически разлагаются и превращаются в разные ценные продукты.

Другой метод переработки ТБО - уничтожение их на мусоросжигающих заводах. На сегодняшний день в России работает лишь небольшое число таких заводов (Москва-2, Владивосток, Сочи, Пятигорск, Мурманск и др.). Спекание отходов в них происходит при температуре 800 - 850ºС. Вторая стадия газовой очистки отсутствует," поэтому в золе отработанных отходов отмечается повышенная концентрация диоксинов (0,9 мкг/кг и более). С каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу выбрасывается 3 кг ингредиентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг золы.

На зарубежных мусоросжигающих заводах реализуется более экологичная двустадийная очистка отходящих газов; регламентируется очистка более десяти вредных компонентов, включая дибензодиоксин и дибензофураны {на отечественных заводах - четыре компонента). Режим сжигания предусматривает разложение отходов, в том числе образующихся из пластмасс диоксинов при температуре 900 - 1000'С. До сжигания в обязательном порядке (в США, например, это устанавливается законом) проводится предварительная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает содержание вредных веществ в газах и шлаках.

На заводах по пиролизу ТБО при температуре 1700°С практически утилизируются все материальные и энергетические компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей среды. Однако технологический процесс очень трудоемкий, по существу, завод по пиролизу - это доменная печь.

К новейшим отечественным разработкам относится технология комплексной переработки ТБО, предложенная НИИ ресурсосбережения. Она предусматривает предварительную механизированную сортировку ТБО (извлечение черных и цветных металлов, выделение части балластных компонентов - стеклобоя, бытовых электробатареек, выделение текстильных компонентов и др. для последующего их использования или ликвидации),

Термообработка обогащенной и подсушенной фракции мусора осуществляется при температуре до 1000°С, обогащенные шлаки перерабатываются и сжигаются в камни строительного назначения, предусматривается двустадийная современная газоочистка,

Мусороперерабатывающий завод нового типа, функционирующий по данной комбинированной технологии, дает всего 15 % отходов.

И все же следует подчеркнуть, что и у нас в стране, и за рубежом основная масса ТБО из-за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки. Экологическое состояние свалок явно неудовлетворительное: отходы на них разлагаются, часто загораются и отравляют воздух токсичными веществами, а дождевые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород, загрязняют грунтовые воды.

Законом Российской Федерации об охране окружающей среды предусмотрено, чтобы складирование и захоронение отходов производить в местах, определяемых решением органов местного самоуправления по согласованию (а потенциально опасных и особо токсичных отходов по разрешению) специально уполномоченных на то государственных органов в области охраны окружающей природной среды.

Основное направление ликвидации и переработки твердых промышленных отходов - захоронение их на полигонах, сжигание, в частности, методом пиролиза и складирование в поверхностных хранилищах (шламонакопители, хвостохранилища и др.).

Токсичные твердые промышленные отходы обезвреживают на специальных полигонах и сооружениях, Для предотвращения загрязнения почв и подземных вод их отверждают цементом, жидким стеклом, битумом, обрабатывают полимерными вяжущими веществами ит.д.

Земельные участки для захоронения выбирают с соблюдением "Санитарных правил о порядке накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов" и СНиП 2.01.28-85 "Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов". Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территориях зеленых зон городов, в зонах санитарной охраны курортов, питания подземных источников питьевой воды, активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин.

В случае особо токсичных промышленных отходов их захоронение производят на предназначенных для этого полигонах в котлованах глубиной до 12 м в специальной таре и рабочих железобетонных емкостях.

В стратегическом плане, по мнению многих ученых и специалистов, проблема отходов должна решаться на месте их образования путем внедрения ресурсовозобновляющих технологий, обеспечивающих минимизацию промышленных выбросов и выхода отходов. Концепция ресурсовозобновляющих технологий впервые была предложена еще в 60-х гг. Планируется создать экозащитные системы нового поколения- многопрофильные комбинаты ("Экополигон"), способные совместно перерабатывать все виды антропогенных отходов данного города и региона. При этом более 80% отходов превращаются во вторичные ресурсы и биосферные вещества, восстанавливается качество окружающей природной среды путем санирования (оздоровления) старых свалок и других мер.

По мнению авторов, данный вариант решения проблемы отходов, в основе которого лежит теория трофоэнергетического функционирования экосистем и круговорота веществ, позволяет:

• использовать экологически безопасные технологические процессы;

• исключить прямое сжигание органических веществ;

• обеспечить совместимость конечных продуктов с биосферой и включение их в круговорот веществ в природе;

• перекрыть затраты и издержки производства за счет реализации вторичных ресурсов, отдельных видов промышленной продукции, платы за отходы, предотвращения ущерба окружающей природной среде.

Очень сложной и пока еще не решенной проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. Общепризнанно: избавление человечества от них - один из самых острых экологических моментов.

Наиболее разработанными методами утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т.е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса, являются цементирование, остекловывание, битуминирование, сжигание в керамических камерах и последующее перемещение продуктов переработки в особые хранилища ("могильники").

На специальных комбинатах и пунктах захоронения радиоактивные отходы сжимают до минимальных размеров в прессовочной камере. Полученные брикеты помещают в пластиковые бочки, заливают цементным раствором и отправляют в хранилища ("могильники"), врытые в землю на глубину 5 - 10 м. По другой технологии их сжигают, превращают в пепел (золу), упаковывают в бочки, цементируют и отправляют в хранилища.

Всего в России действуют около 20 спецкомбинатов и пунктов захоронения муниципальных отходов. Один из них - НПО "Радон", расположенный в 100 км от Москвы, перерабатывает ежегодно 3000 м³ твердых и 350 м³ жидких радиоактивных отходов.

Тем не менее практически все существующие способы утилизации и захоронения радиоактивных отходов кардинально не решают проблему, и не видно приемлемых путей их исхода. Особенно это касается отходов АЭС и ядерных военных производств и в первую очередь тех из них, которые относят к категории особо опасных (высокоактивных). По некоторым сведениям, их накопилось в мире более 1200 тонн и объем ежегодно увеличивается. Разработан метод захоронения особо опасных радиоактивных отходов в подземные емкости различных геологических формаций (массивы каменной соли, скальных грунтов и др.) на глубину не менее 600 м. Однако он не является экологически безопасным, и ученые ищут другие, более надежные способы.

Особое место в охране литосферы занимает утилизация опасных диоксинсодержащих отходов. Запрещено использование нескольких десятков диоксинсодержащих веществ, а также низкотемпературное сжигание мусора. Для этого меняются технологии, например, производства бумаги, внедряется повсеместный строжайший контроль за содержанием диоксинов в промышленной продукции, отходах и продуктах.

Для борьбы с диоксинсодержащими отходами в нашей стране важное значение имело принятие летом 1993 г. проекта первого этапа федеральной программы "Защита окружающей природной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов". В настоящее время в Российской Федерации утверждена норма предельно допустимых концентраций для диоксинов - 0,5 пг/м3. Разработаны и внедрены (на водопроводах Уфы и Москвы) технологии очистки воды от диоксинов сорбцией на гранулированных активных углях. Борьба с диоксинами осложняется отсутствием в достаточном количестве современной аналитической аппаратуры, малым числом специальных лабораторий, недостаточной квалификацией персонала, высокой стоимостью приборов зарубежных фирм и т.д.