Література

1. Инженерная экология: Учебник; Под ред. проф. В.Т. Медведева: - М.: Гардарики, 2002. - 687 с.

2. Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева и др.; Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фалина. - М.: Лотос, 2003. - 528 с.

3 .Кораблева A.I. Екологія: Взаємовідносини людини і середовища. Видання друге. - Дніпропетровськ: Центр економічної освіти, 200 І. - 265 с.

4. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология: Учебник для вузов: В 2 т. -М.: Высш. шк., 1996.

5. Мазур И.И., Молдованов О.И. Курс инженерной экологии. - М.: Высш. шк., 1999.

Завдання 1. Розгляньте загальну схему і запропонуйте свої методи рекультивації. Які особливості ви будете враховувати? Зробіть схематичні плани етапів застосування методів лігосподарської та сільськогосподарської рекультивації .

Питання для контролю

1. Які площі підлягають рекультивації?

2. Які особливості має процес лігосподарської та сільськогосподарської рекультивації ?

3. Які особливості лігосподарської рекультивації ?

4. Які екологічні результати дає сільськогосподарська рекультивація ?

5. Які методи лігосподарської та сільськогосподарської рекультивації ?

видобутку корисних копалин кар’єрним способом?

6. Принципи та особливості лігосподарської та сільськогосподарської рекультивації ?

Практична робота № 11 Тема. Ознайомлення з основними методами утилізації відходів

Мета: ознайомити студентів з методами поводження із відходами. Провести класифікацію методів знешкодження й утилізації твердих відходів.

Теоретичні відомості

Методи поводження з відходами - це засоби чи сукупність засобів здійснення операцій поводження з відходами із застосуванням різних механізмів, хімічних, термічних, біологічних або комбінованих методів оброблення, знешкодження, утилізації й переробки відходів з урахуванням їх небезпечності та агрегатного стану.

Таких методів існує дуже багато. Наприклад, налічується близько 20 методів знешкодження й утилізації відходів. По кожному методу є 5-10 (по окремих -50) різноманітних технологічних схем застосування, локальних технологій, типів інженерних споруд. Методи можуть групуватись як за джерелами утворення відходів (побутові, промислові тощо), так і за вмістом хімічних речовин (хлорорганічні, сірчані, вуглецевмісні). Ті самі методи можуть застосовуватись як для промислових, так і для твердих побутових відходів.

Методи знешкодження й утилізації твердих відходів.

Для твердих побутових і промислових нетоксичних відходів загальну класифікацію методів знешкодження наведено на рис.1. Вибір оптимального методу залежить від багатьох чинників: конкретний природно-антропогенний регіон, населений пункт, кліматичні, геологічні, містобудівні умови, обсяги утворення відходів, ефективність технологічних схем і раціональність використання земельних ресурсів. Процес вибору методу поводження з відходами має здійснюватися з виконанням техніко-економічного порівняльного аналізу.

У середньому, для одержання позитивного теплового ефекту реакції горіння відходів вміст вуглеводнів має перевищувати 10 %. ККД печей спалювання не перевищує 70-75 %, тому вміст вуглеводнів у відходах має бути не менш як 14 %.

Отже, якщо відходи містять понад 14% нафтопродуктів, то їх спалювання раціональне, з отриманням при цьому теплової чи електричної енергії, якщо менш як 14 %, то для знешкодження таких відходів краще використовувати мікробіологічний метод. У світовій практиці для утилізації і знешкодження промислових і твердих побутових відходів (ПВ і ТПВ) використовують термічні, хімічні, біологічні і фізико-хімічні методи.

До термічних методів знешкодження відходів належать спалювання, газифікація і піроліз.

Спалювання - найбільш відпрацьований і поширений метод. Цей метод здійснюється в печах різних конструкцій за температур не менш як 1200 °С. У результаті згоряння органічної частини відходів утворюються продукти повного окислення елементів у вигляді газоподібних оксидів карбону, нітрогену, сульфуру та твердих залишків - зол і шлаків. Зола, що має у своєму складі нерухому форму важких металів, нагромаджується в нижній частині печі й пері­одично вивозиться на полігони для захоронения чи використовується у виробництві цементу.

Газифікація - широковідомий у металургії спосіб переробки некоксівних вугіль - здійснюється у вихрових реакторах чи печах з киплячим шаром за температури 600-1100 °С в атмосфері агента, що газифікує (повітря, кисень, водяна пара, діоксид вуглецю чи їх суміш). У результаті реакції утворюється синтез-газ (Н2, СО), туман з рідких смолистих речовин, бензопірену і діоксинів. Реакція газифікації відбувається в середовищі з відбудовними властивостями, тому оксиди азоту й сірки майже не утворюються. Маса туману при 600 °С може доходити до 3О % від маси синтез-газу. У разі збільшення температури газифікації частка туману в масі синтез-газу падає і за температури понад 1100 °С близька до нуля.

Пальна суміш водню й оксиду вуглецю спалюється на пальниках при 1400-1600 °С чи використовується в каталітичному процесі синтезу метилового спирту. Зола, що залишається після газифікації, може містити залишковий вуглець і солі важких металів, розчинні у воді. Після перевірки золи на відсутність бензопірену, діоксинів і важких металів у рухливій формі вона може бути відправлена на захоронения.

Піроліз - найбільш вивчений процес, який широко використовується для виробництва активованого вугілля з деревини. Піроліз відходів, що містять нафту, проводять за температури 600-800 °С з вакуумуванням реактора. При цьому відбуваються реакції коксо- і смолоутворення, розкладання високомолекулярних сполук на низькомолекулярні, рідку й газоподібну фракції, а якщо відходи містять вуглець, сірку, то утворюються також сірководень і меркаптани.

Хімічні методи знешкодження рідких і твердих відходів, що містять нафту, полягають у додаванні до маси, що нейтралізується, хімічних реагентів. Залежно від типу хімічної реакції реагенту із забрудненням відбуваються осадження, окислювання-відновлення, заміщення.

Методи осадження засновані на іонних реакціях з утворенням малорозчинних у воді речовин і особливо ефективні при нейтралізації важких металів і радіонуклідів. Метод осадження органічних забруднень ґрунтується на двох типах реакцій: комплексоутворення і кристалізації. Осадження використовують для очищення грунту від поліхлорованих біфенілів, пентахлорфенолів, хлорованих і нітрованих вуглеводнів. Реагенти можуть бути як у рідкій, так і в газоподібній фазах. Однак при цьому відбувається збільшення обсягу знешкодженої маси.

Методи управління окисно-відновною реакцією середовища дають можливість переводити сполуки важких металів і радіонуклідів у важкорозчинні у воді гідрооксиди, а також руйнувати ціаніди, нітрати, тетра-хлориди та інші хлорорганічні сполуки.

Для хімічної іммобілізації чи комплексоутворення використовують неорганічні в'яжучі компоненти, зокрема цемент, золу, силікати калію і натрію, вапна і гелетвірних речовин (бентоніт чи целюлоза). Іммобілізацію використовують для зв'язування важких металів, радіоактивних відходів, поліциклічних і ароматичних вуглеводнів, трихлоретилену і нафтопродуктів. Вадою комплексоутворення є нестійкість в'яжучих речовин до атмосферної і ґрунтової вологи, швидких змін температури, що призводить до руйнування композиційного матеріалу. Обсяг відходів після комплексоутворення зменшується тільки вдвічі.

Біологічні методи знешкодження промислових і твердих побутових відходів дедалі ширше застосовуються в нашій країні й особливо за кордоном. Ці методи ґрунтуються на здатності різних штамів мікроорганізмів у процесі життєдіяльності розкладати чи засвоювати у своїй біомасі багато органічних за­бруднювачів. У процесі біознешкодження відбувається вторинне забруднення атмосферного повітря продуктами гниття клітин мікроорганізмів - сірководнем і аміаком.

Біологічне очищення найчастіше використовують для нейтралізації органічних токсикантів і важких металів, а також азотних і фосфорних сполук у ґрунтах. Біологічні методи можна умовно поділити на мікробіодеградацію забруднювачів, біопоглинання і перерозподіл токсикантів.

Мікробіодеградація - це деструкція органічних речовин певними культурами мікрофлори, внесеними у ґрунт. Процес біорозкладання відбувається з помітною швидкістю за оптимальних температури й вологості. Мікробіодеградацію можна використовувати в усіх випадках, де природний мікробіоценоз зберіг життєздатність і видове розмаїття. Хоч процес іде вкрай повільно, його ефективність висока.

Біопоглинання - це здатність деяких рослин і найпростіших організмів прискорювати біодеградацію органічних речовин чи акумулювати забруднення в клітинах.

Фізико-хімічіні методи утворюють найбільш представницьку групу методів знешкодження ПВ і ТПВ. При створенні фізичного поля у пористих середовищах починають відбуватись одночасно безліч фізико-хімічних процесів.

При накладенні поля механічних напруг забруднений ґрунт інтенсивно перемішується, і відбувається очищення часток ґрунту від поверхневих забруднень. Гідродинамічний вплив на ґрунт супроводжується суфозією, видужуванням, адсорбцією, дифузією і виносом забруднень з перового простору ґрунтів.

Перспективним є метод надкритичної екстракції органічних забруднень вуглекислим газом. Постійне електричне поле, прикладене до насиченого водою ґрунту, викликає перебіг електрохімічних і електрокінетичних процесів. До електрохімічних процесів належать: електроліз, електрофлотація, електрокоагуляція, електродеструкція, електрохімічне окислення і вилужування, йонний обмін, електродіаліз, а до електрокінетичних- електроосмос, електрофорез та електроміграція.

Електроліз порового розчину забруднених ґрунтів - це окисно-відновний процес, у результаті перебігу якого відбувається розкладання хімічних сполук. Він використовується для очищення ґрунтів від мікроорганізмів і називається електрохімічним знезараженням. Ефективність методу сягає 99 %.

За електрофлотації видалення нафтопродуктів відбувається пухирцями газу, що утворюється при електролізі і піднімається до поверхні.

Електрокоагуляція - це процес агрегації мікрочастинок мінерального походження й органічних молекул. У методі електрокоагуляції використовують залізні й алюмінієві електроди, при розчиненні яких утворюються гідрооксиди, що адсорбують забруднення, а потім випадають в осад.

Електродеструкція здійснюється при електрохімічному розкладанні токсичних органічних сполук на електродах з утворенням нетоксичних речовин. Перевага методу - низька вартість за високої ефективності.

Електрохімічне окислення застосовують для очищення ґрунтів від хлорованих вуглеводнів і фенолу. Ефективність окислення фенолу - 70-92 %.

Електрохімічне вилужування - це метод очищення ґрунтів, який ґрунтується на вилужуванні забруднень чи переведенні важких металів у рухливу форму. Однак метод потребує внесення додаткових хімічних реагентів.

При електродіалізі парового розчину ґрунтів відбувається очищення від забруднень у колоїдній формі, знесолення в середній частині поміжелектродного простору.

Електрокінетичні методи почали широко застосовуватися із 60-х років. Електрокінетична обробка використовується для очищення глинистих і суглинкових ґрунтів. Електрокінетичні явища, що спостерігаються в пористих середовищах при протіканні постійного електричного струму, підрозділяються на електроосмос і електрофорез та електроміграцію.

При електроосмосі іони, що містяться в рідині, переміщаються щодо нерухомої зарядженої поверхні мінеральних часток ґрунту, захоплюючи при

цьому забруднення в розчиненому чи рідкому стані. Електроосмотична швидкість потоку пропорційна добутку сили потоку на величину дзетта-потенціалу і на питому поверхню пористого середовища.

При електрофорезі та електроміграції у поровому просторі ґрунту, заповненому цілком чи частково водою, переміщаються мінеральні частинки. Це явище відіграє вкрай незначну роль у електрокінетичному переносі забруднень у дисоційованій формі, але визначальну - в перенесенні колоїдних і заряджених мінеральних частинок. Електрофоретичне переміщення колоїдних і мікрочастинок спостерігається в макропористих ґрунтах (піщаник, супісок).

Під дією напруги, прикладеної; до електродів, що занурені у свердловини, вода й екотоксиканти в колоїдному стані переміщаються до електродних резервуарів, з яких потім вода із забрудненнями витягається на поверхню й очищається одним з фізико-хімічних методів. Ефективність очищення може сягати 99 %.

Окрему групу утворюють електромагнітні методи, засновані на термічному ефекті при взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною.

У надвисокочастотних полях відбувається швидке і рівномірне прогрівання грунту, що супроводжується дегідратацією, дисоціацією карбонатів, окисленням і навіть плавленням. Органічні сполуки, що десорбуються, знешкоджуються, наприклад, каталітичним методом.

Знешкодження ПВ і ТПВ за допомогою ультрафіолетового і лазерного випромінювання також належить до електромагнітних методів. Активація ароматичних молекул УФ і лазерним випромінюваннями приводить до дисоціації молекул з утворенням радикалів і активних комплексів, швидкого окислення й полімеризації.

Ефективним для очищення ґрунту від нафтопродуктів є ультразвук. Починаючи з критичного значення звукового тиску акустичних хвиль, у рідині виникає кавітація. При схлопуванні кавітаційних порожнин мікрострумені, що утворюються, з лінійними швидкостями 300-800 м/с зривають із поверхні твердих частинок нафтові забруднення. Ефективність очищення може сягати 99,5-99,8 %. При кавітаційних розривах рідини відбувається йонізація й активація молекул, що стимулюють окислення і полімеризацію молекул вуглеводню.

Розглянуті вище методи є базою для вже створених технологій знешкодження ПВ і ТПВ чи нових технологій, що розробляються в цей час. Кожен метод знешкодження відходів і технологія на його основі мають певну нішу, тобто сукупність фізико-хімічних параметрів відходів і можливостей методу, оптимальне поєднання яких дає змогу досягти найбільшого ефекту за найменшого екологічного збитку природі.