Тема 7. Экозащитная техника и технологии

ОБЯЗАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ЛЕКЦИЙ

Основные направления развития экозащитных технологий. Ресурсосберегающие технологии. Природоохранные мероприятия.

Технические средства и методы защиты атмосферы. Классификация пылеулавливающего оборудования. Сухой и мокрый способ. Электрофильтры. Туманоуловители. Способы очистки выбросов от газо- и парообразных загрязнений. Термическая нейтрализация вредных примесей. Биохимические методы.

Защита водных объектов от загрязнения. Способы очистки нефтесодержащих стоков. Обработка сточных вод озоном. Биохимические и малоотходные технологические процессы очистки сточных вод.

Обращение с отходами производства и потребления. Классификация, паспортизация и сертификация отходов. Переработка отходов и роль безотходных и малоотходных технологий.

Основные направления развития экозащитных технологий. Ресурсосберегающие технологии: снижение расхода природных, материальных, энергетических и иных ресурсов. Природоохранные мероприятия, сокращение техногенного воздействия на окружающую природную среду.

Ресурсосбережение – процесс производства и реализации конечных продуктов с минимальным расходом вещества и энергии на всех этапах производственного цикла и с наименьшим воздействием на человека и природные системы.

Ресурсосберегающая технология – совокупность последовательных технологических операций, обеспечивающих производство продукта с минимально возможным потреблением топлива и других источников энергии, а также сырья, материалов, воды, воздуха и других ресурсов для технологических целей.

Технические средства и методы защиты атмосферы. Классификация пылеулавливающего оборудования. Сухой и мокрый способ. Электрофильтры. Туманоуловители. Способы очистки выбросов от газо- и парообразных загрязнений. Термическая нейтрализация вредных примесей. Биохимические методы.

В настоящее время разработаны и широко применяются различные методы защиты атмосферного воздуха от загрязнений. Выбор метода зависит от: типа источника загрязнения атмосферного воздуха; агрегатного состояния вредных веществ в выбросах; размеров частиц в выбросах и др.

Вредные вещества могут находится в воздухе как в парообразном виде, так и в виде аэрозолей – твердых или жидких частиц, взвешенных в воздухе. Туманы – аэрозоли с жидкой дисперсной фазой. Пыль – аэрозоли с твердой дисперсной фазой.

По принципу действия различают: сухие и мокрые пылеуловители, фильтры, электрофильтры.

Применение типа пылеулавливающих установок зависит от концентрации примесей в воздухе. Очистка воздуха может быть грубой, средней и тонкой. Сухие пылеуловители применяют при высоких концентрациях примесей в воздухе, а фильтры – при тонкой очистке воздуха.

Сухие пылеуловители: пылеосадочные камеры (для грубой очистки): циклоны(зола, пыль), аппараты центробежного действия(ротационного типа,) жалюзийные пылеотделители.

Мокрые пылеуловители (от мелкодисперсной, взрывоопасной пыли, высокотемпературных газов): скрубберы Вентури; форсуночные и центробежные скрубберы; аппараты ударно-инерционного типа; барботажно-пенные аппараты и др.

Фильтры (для улавливания очень мелких частиц): волокнистые, тканевые, зернистые (зернистые насадочные (насыпные) или жесткие пористые.

Электрофильтр – это аппарат или установка, в которых используются электрические силы для отделения взвешенных частиц от газов. Преимущества: универсальность и высокая степень очистки (до 99%) частицы любых размеров, включая и субмикронные; применение при высоких температурах, а также в условиях воздействия различных коррозионных сред; возможность полной автоматизации, низкие эксплуатационные затраты, очистка больших объемов газов.

Способы очистки выбросов от газо- и парообразных загрязнений. Абсорбция – пропускание через поглотитель(абсорбент) – скрубберный процесс. Используют: скрубберы Вентури; форсуночные и центробежные скрубберы; тарелочные скрубберы, барботажно-пенные скрубберы, насадочные башни.

Термическая нейтрализация вредных примесей. В зависимости от химического состава газовых выбросов и др. следующие схемы: прямое сжигание в пламени при 600–800^ºС, каталитическое сжигание при 250–450^ºС, термическое окисление при 600–800^ºС.

Биохимические методы. Основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Аппараты: биофильтры и биоскрубберы (орошаемая жидкость – водная суспензия активного ила).

Защита водных объектов от загрязнения. Способы очистки нефтесодержащих стоков. Обработка сточных вод озоном. Биохимические и малоотходные технологические процессы очистки сточных вод.

Методы очистки:

1. Деструктивные. (Разрушение загрязняющих веществ путем их окисления или восстановления. Продукты распада удаляются из воды в виде осадков или газов, или остаются в ней в виде растворимых минеральных солей.)

2. Регенеративные. (Извлечение и утилизация ценных веществ из воды. Редко воду при этом можно сразу сбрасывать в водоемы. Обычно необходима доочистка деструктивными методами.)

Стадии очистки сточных вод:

        механическая очистка (удаление взвешенных и коллоидных частиц);

        удаление растворенных химических соединений физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими методами или их комбинацией.

Методы очистки сточных вод от механических примесей:

        процеживание (решетки и волокноуловители),

        отстаивание (песколовки, отстойники – вертикальные, горизонтальные и др.),

        отделение механических частиц в поле действия центробежных сил (открытые или напорные гидроциклоны, многоярусные гидроциклоны или центрифуги),

        фильтрование (кварцевый песок, керамзит, графит, полимерные материалы, а также сетки, нетканые материалы на основе синтетических волокон и т.д.).

Способы очистки нефтесодержащих стоков:

отстаивание (частицы масел всплывают на поверхность и образуют пленку, которая удаляется специальными скребками);

обработка в гидроциклонах;

флотация (пузырьки воздуха обволакивают загрязняющие вещества и поднимают их наверх, образуя пену, которая удаляется, может быть: напорная; пневматическая; пенная; химическая; биологическая; электрофлотация);

фильтрование.

Для очистки от металлов и их солей применяют: реагентные (коагуляция, флокуляция, нейтрализация); ионообменные (синтетические ионообменные смолы); сорбционные; электрохимические методы (гиперфильтрация, электрокоагуляция, электролиз, электродиализ).

Для химической очистки производственных  сточных   вод  в настоящее время используются различные реагенты. Наибольшее применение имеют: окислители — хлор, перманганат калия,  озон ; подщелачивающие вещества — известь, гидроксид натрия, сода; подкисляющие вещества — серная и соляная кислоты.

Обработка сточных вод озоном. Применение  озона  обусловлено высокой реакционной способностью  озона  вступать во взаимодействие со многими минеральными и органическими соединениями, сильное окислительное действие, возможность получения его прямо на станции из кислорода воздуха обусловливают перспективность применения  озона  в качестве реагента. Озонирование не приводит к увеличению солевого состава очищенной  воды , не загрязняет  воду  продуктами реакции и другими примесями. Озон , подаваемый в реактор в виде  озоно-воздушной  смеси, диспергированной на мельчайшие пузырьки, вступает в химические реакции. Озонирование представляет собой процесс абсорбции,   осложненный химической    реакцией в жидкой    фазе.

Биохимическая очистка сточных вод, методы могут быть искусственными (биологические фильтры, аэротенки, окситенки) и естественными (поля фильтрации, биологические пруды).

Обращение с отходами производства и потребления. Классификация, паспортизация и сертификация отходов. Переработка отходов и роль безотходных и малоотходных технологий.

Обращение с отходами – это такая деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также производится сбор, использование,  обезвреживание, транспортировка и размещение отходов.

Способы и технологии обращения с отходами (сжигание, утилизация, захоронение).

Отходы производства и потребления (отходы) - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления,  а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства.

Объект размещения отходов - специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, шламохранилище, хвостохранилище, отвал горных пород и др.). Каждому производителю продукции устанавливается норматив образования отходов, то есть количество отходов конкретного вида при производстве единицы продукции.

Вид отходов - совокупность отходов, имеющих общие признаки, соответствующие системе классификации отходов.

Разделение отходов: по отраслевому принципу (источнику образования), по производственным циклам, по направлениям использования, по агрегатному состоянию.

По отраслевому принципу: отходы промышленного производства (черной и цветной металлургии, химической, угольной, деревообрабатывающей и др. отраслей промышленности), отходы сельскохозяйственного производства и др.

По агрегатному состоянию: твердые (пыль, огарки, остатки), жидкие (водные и неводные растворы и шламы), газообразные или пылегазовые (отходящие газы, дымы).

Классификация отходов по физико-химическим свойствам и характеристикам оперирует качественными показателями, особенно важна при оценке токсичных и опасных отходов.

Отходы, содержащие вредные вещества, которые обладают опасными свойствами (токсичностью, пожаро-взрывоопасностью, высокой радиационной активностью) или содержат возбудителей инфекционных болезней, а также представляющие потенциальную опасность для окружающей  природной среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами,  называются опасными отходами. Токсичные и опасные отходы (по ВОЗ): мышьяк и его соединения, фармацевтические препараты, ртуть и его соединения, канцерогенные полициклические и ароматические галогенорганические соединения и др.

Отходы, как вторичные материальные ресурсы. Основные характеристики: общая характеристика, источник образования отходов, возможные направления использования, влияние на окружающую среду, степень отработанности технологии.

Паспортизация – составление паспорта. Паспорт отходов – документ, удостоверяющий принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасности, содержащий сведения об их составе, который необходим для организации многих процессов обращения с отходами.

Форма паспортизации может соответствовать одному из трех видов: учетно-статистическому (статистическая отчетность), кадастровому (использование отходов в качестве ВМР), экологическому (часть экологического паспорта предприятия).

Порядок сертификации (более узкая классификация) отходов: предварительная стадия (характеристика природы отходов, сбор информации и отбор проб, обработка образцов), основная стадия (характеристика состояния отходов, физическое состояние, химический состав, готовность к немедленной обработке, характеристика при полном разложении, принятие операционных решений, выбор метода обработки).

Анализ образцов отходов: 1)характеристики (реакционная способность, воспламеняемость, токсичность, коррозионные свойства и др.), 2)состав (скрининговый, предварительный, обзорный, полный).

Основными методами переработки отходов являются:

        компостирование (переработка сырой органической массы: в буртах с принудительной аэрацией или без, в установках с контролируемыми условиями (вращающиеся бочки, силосные башни), смешанные системы).

        биоразложение (аэробное: в биопрудах – жидкие отходы, в биореакторах – жидкие, пастообразные, твердые, в биофильтрах – газообразные; анаэробное: методом метанового сбраживания, в том числе сточных вод),

        сжигание (окислительный процесс, при 600–700^ºС возможно образование диоксинов и фуранов, для недопущения их появления «правило двух секунд»  – геометрия  печи должна обеспечить продолжительность  пребывания газов не менее 2 сек. в зоне печи с температурой не менее 850^ºС (при концентрации кислорода не менее 6%).

Большое распространение получили процессы слоевого сжигания (на колосниковых решетках, валковых решетках, в барабанных печах) и сжигание в кипящем слое (в двухфазной псевдогомогенной системы «твердое-газ» за счет превращения слоя отходов в «псевдожидкость» при этом роль  теплоносителя в системах кипящего слоя обычно выполняет тонкозернистый песок).

Безотходная технология - практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека добиться обеспечения рационального использования природных ресурсов и энергии и охраны окружающей среды.

Безотходное производство – идеальная модель производст­ва, условное название для процесса получения конечных продуктов, в ходе которого возможно достижение отсутствия отходов.

Малоотходная технология - технология, позволяющая получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов, и она является наиболее реальной. Важным условием малоотходной технологии служит рециркуляция - повторное использование материальных ресурсов, позволяющее экономить сырье и энергию, уменьшить количество отходов и энергетические потери.

Малоотходное про­изводствво - производство, результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимо­го санитарно-гигиеническими нормами, т. е. ПДК.

Основные принципы разработки и внедрения безотходных и малоотходных технологий: системность, комплексность и полнота использования ресурсов, цикличность и замкнутость производственного процесса. Все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы — производство — потребление — вто­ричные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

Критерии безотходности: коэффициент комплексности (коэффициент безотход­ности), определяе­мый долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабаты­ваемого сырья по отношению ко всему его количеству. Производство является безотходным (правильнее — малоотходным), если коэффициент безотходности превышает 75%. В ряде случаев он уже превышает 80%, можно приблизиться к 90% и более.

Роль безотходных и малоотходных технологий заключается в использовании отходов как ВМР с разрешением ряда важных сырьевых проблем (использование металлолома, а не руды в качестве металлургического сырья, переработка отвалов и др.); снижение расхода природных, материальных и энергетических ресурсов; освобождение земельных площадей, занятых под полигонами, рекультивация этих земель и возвращение их в разряд пахотных; компостирование для получения биогаза; сокращение техногенного воздействия на окружающую природную среду, уменьшение загрязнения биосферы сбросами и выбросами отходов и, как результат, улучшение качества ОС и оздоровление населения России.