Конспект лекций Экология

ческих выбросов аммиака NH3, хлороводорода HCl или фторводорода HF целесообразно в качестве абсорбента применять воду, так как растворимость этих газов в воде велика – сотые доли грамма на 1 кг воды. В других случаях можно применять раствор серной кислоты (для улавливания водяных паров) или вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов) и др. Регенерация растворителя, т.е. десорбция из него газов, проводится путём повышения температуры или понижения давления в термических или вакуумных десорберах. Узлы абсорбции и десорбции могут быть разных конструкций.

Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:

H2S + Na4As2 S5O2 = Na4As2S6O + H2O.

Регенерация раствора производится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:

2Na4As2S6O + O2 = 2Na4As2S5O2 + 2S.

В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты – это твёрдые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими или газообразными смесями. Это или природные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полимеры (смолы). Например, при фильтровании газовой смеси, содержащей аммиак NH3, через влажный ионит катионного типа (катионит) происходит присое-

Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твёрдыми веществами. При физической адсорбции молекулы абсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (лат. selection – выбор, отбор), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространённые адсорбенты – активные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.

Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. В последние годы каталитические методы применяются для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов

91

азота NO и углерода CO в нетоксичные: газообразный азот N2 и диоксид углерода CO2. При этом используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глинозёме, медь, никель, хром

и др.:

2NO + 2CO КАТ N2 + 2CO2,

2NO + 2H2 КАТ N2 + 2H2O,

2CO + O2 2CO2.

10.3. Очистка сточных вод

В зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механическую, физико-химическую и биологическую очистку сточных вод. На очистных сооружениях образуются большие массы осадков, которые подготавливают к дальнейшему использованию: обезвоживают, сушат, обезвреживают и обеззараживают. При необходимости сточные воды, прошедшие сооружения полной биологической очистки, подвергают доочистке. После очистки, перед сбросом в водоёмы, сточные воды должны обеззараживаться с целью уничтожения патогенных микроорганизмов.

Механическая очистка предназначена для задержания нерастворённых примесей. К сооружениям для механической очистки относятся: решётки и сита (для задержания крупных примесей), песколовки (для улавливания минеральных примесей, песка), отстойники (для медленно оседающих и плавающих примесей) и фильтры (для мелких нерастворённых примесей). Специфические загрязнения производственных сточных вод удаляются с помощью жироловок, нефтеловушек, масло- и смолоуловителей и др. Очистные сооружения располагаются по высоте обычно таким образом, чтобы вода из одного в другое поступала самотёком. Механическая очистка – это, как правило, предварительная ступень перед биологической очисткой. В некоторых случаях можно ограничиться механической очисткой, например: если небольшое количество сточных вод сбрасывается в очень мощный водоём или если вода после механической очистки повторно используется на предприятии. При механической очистке удаётся задерживать до 60 % нерастворённых примесей (рис. 11).

Физико-химические методы очистки применяются, в основ-

ном, для производственных сточных вод (в случае бытовых стоков их применение ограничено по экономическом соображениям). К этим методам относятся: реагентная очистка (нейтрализация, коагуляция, озонирование, хлорирование и др.), сорбция, экстракция (лат. extrahere – извлекать), эвапорация (лат. evaporation – выпаривание), флотация, электродиализ и др.

92

сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естественной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применяться и искусственная аэрация.

Биофильтры – сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов. Это резервуары с фильтрующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периодически разливается по поверхности загрузки, профильтровывается и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно созревает биоплёнка из различных микроорганизмов, которые выполняют ту же функцию, что и на полях фильтрации, т.е. минерализуют органические вещества. Отмершая биоплёнка смывается водой и задерживается во вторичном отстойнике.

Аэротенк – это резервуар, в который поступают сточная вода после механической очистки, активный ил и непрерывно воздух. Хлопья активного ила представляют собой биоценоз аэробных мик- роорганизмов-минерализаторов (бактерий, простейших, червей и др.). Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима постоянная аэрация воды. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Основная масса его возвращается в аэротенк, а вода подаётся в контактные резервуары для хлорирования (обеззараживания).

Обеззараживание является заключительным этапом обработки сточных вод перед сбросом в водоём. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путём хлорирования газообразным хлоров Cl2 или хлорной известью CaCl(OCl). Применяют также электролизные установки для получения гипохлорита натрия NaClО из поваренной соли NaCl. Возможно обеззараживание и другими бактерицидными веществами.

Обработка осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод, производится с целью снижения их влажности и объёма, обеззараживания и подготовки к утилизации. На решётках задерживаются грубые отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и пр.), которые вывозят на свалки или после дробления направляют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, а затем вывозится и используется по назначению. Для обработки осадков из отстойников используют самостоятельную группу сооружений: иловые площадки, метантенки, аэробные стабилизаторы, установки для обезвоживания и сушки. Наиболее широко распространены метантенки.

94

Метантенки – это герметически закрытые резервуары, где анаэробные бактерии в термофильных условиях (t=30–43 оС) сбраживают сырой осадок из первичных и вторичных отстойников. В процессе брожения выделяются газы: CH4, водород Н2, углекислый газ СО2, аммиак NH3 и др., которые могут затем использоваться для разных целей.

Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объёма применяют обезвоживание на иловых площадках или вакуумфильтрах, центрифугах и других сооружениях. В результате обезвоженный осадок уменьшается в объёме в 7–15 раз и имеет влажность

50–80 %.

Аэробная стабилизация осадков осуществляется в резервуарах, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорганизмами при постоянной продувке воздухом.

Сжигание осадков применяется, если они не подлежат другим видам обработки и утилизации. Мировой опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков используется в сельском хозяйстве, 50 % размещается на полигонах и около 25 % сжигается. В связи с ужесточением санитарных требований к качеству осадков уменьшается возможность использования их в сельском хозяйстве. Специалисты всё больше обращаются к сжиганию осадков.

10.4. Утилизация и ликвидация твёрдых отходов

Обезвреживание и утилизация твёрдых бытовых и промышленных отходов – последняя ступень очистки. Методы обезвреживания твёрдых отходов делятся на ликвидационные (решают санитарногигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики).

Выделяют биологические методы (разрушение органической части микроорганизмами), термические (сжигание на мусороперерабатывающих предприятиях, пиролиз), химические (гидролиз), механические (прессование с применением связующих на полигонах). Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения.

Большая часть твёрдых промышленных отходов токсична, поэтому их следует захоронить в толще глины.

Особо твёрдые промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах, которые следует захоронить в глубоких котлованах. Кроме технологического

95

паспорта, с каждой партией направляются два акта: в одном подтверждается герметичность упаковки контейнера, а в другом указывается название отходов, их количество и причины списания с учёта. Контейнеры автокраном спускают на дно котлована Каждый контейнер со всех сторон засыпают слоем глины (0,5 м). Сверху располагают следующий ряд контейнеров. Размеры котлованов по низу – 10×4 м, по верху – 18×12 м, глубина – 4 м в глине, сверху они также засыпаются слоем глины.

В будущем большая доля потребности в сырье для промышленности должна удовлетворяться продуктами переработки промышленных и бытовых отходов.

Вопросы и задания

1.Перечислите операции, характеризующие механическую очистку сточных вод.

2.Поясните принцип работы электрофильтра.

3.В чём разница между процессами адсорбции и абсорбции?

4.В чём сущность биологической очистки сточных вод?

Лекция 11 НОРМАТИВНЫЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Взаконе Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» установлены требования к нормированию качества среды обитания и уровней воздействия на окружающую среду. Нормативы качества окружающей природной среды определяют научно обоснованную меру сочетания жёстких экологических требований общества к качеству среды обитания и возможностей природопользователей соблюдать их в хозяйственной деятельности.

Воснову нормативов качества положены три показателя:

−медицинский (пороговый уровень угрозы здоровью человека, его генетической программе);

−технологический (способность экономики обеспечить выполнение установленных пределов воздействия на человека и условия его жизнедеятельности);

96

−научно-технический (способность технических средств обеспечить контроль за соблюдением пределов воздействия по

всем параметрам).

Нормы и нормативы качества окружающей среды подразделяются: на санитарно-гигиенические, экологические, производственнохозяйственные и временные.

11.1. Виды норм и нормативов качества окружающей среды

Санитарно-гигиенические нормативы

К санитарно-гигиеническим нормативам относятся гигиенические и санитарно-защитные нормативы.

Под гигиеническими нормативами понимают предельно до-

пустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосфере, водоёмах и почве, уровни вредных физических воздействий – вибраций, шума, электромагнитного и радиоактивного излучения, не оказывающих какого-нибудь вредного воздействия на организм человека в настоящее время и в отдалённом будущем, а также на здоровье последующих поколений.

Санитарно-защитные нормативы предназначены для защиты здоровья человека от вредного воздействия источников загрязнения и обеспечения достаточной чистоты пунктов водопользования. Их используют при образовании санитарных зон источников водоснабжения, пунктов водопользования, санитарно-защитных зон предприятий.

Экологические нормативы определяют предел антропогенного воздействия на окружающую среду, превышение которого может создать угрозу сохранению оптимальных условий совместного существования человека и его внешнего окружения. Они включают в себя эколого-гигиенические и эколого-защитные нормативы, а также предельно допустимые нормативные нагрузки на окружающую среду.

При установлении эколого-гигиенических нормативов следу-

ет учитывать, что многие живые организмы более чувствительны к загрязнениям, чем человек, для которого установлены существующие нормативы, и поэтому целесообразно определять их на уровне, обеспечивающем нормальную жизнедеятельность живых организмов.

Эколого-защитные нормативы направлены на сохранение ге-

нофонда Земли, восстановление экосистем, сохранение памятников всемирного культурного и природного наследия и т.п. Они используются при организации охранных зон заповедников, природных национальных парков, биосферных заповедников, зелёных зон городов и т.п.

97

Производственно-хозяйственные нормативы предназначены для ограничения параметров производственно-хозяйственной деятельности конкретного предприятия с точки зрения экологической защиты природной среды. К ним относятся технологические, градостроительные, рекреационные и другие нормативы хозяйственной деятельности.

Технологические нормативы включают: предельно допусти-

мый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу, предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ в водоёмы и предельно допустимое количество сжигаемого топлива (ПДТ). Эти нормативы устанавливаются для каждого источника поступления загрязнений в окружающую среду и тесно связаны с профилем работы, объёмом и характером загрязнений конкретного предприятия, цеха, агрегата. В связи с этим они могут быть разными даже в рамках одного предприятия. Область регламентированного воздействия ПВД, ПДС и ПДТ на качество окружающей среды весьма широка. С помощью этих нормативов лимитируются отходы и выбросы, производимые в результате осуществления отдельных видов работ на предприятиях, шумовое загрязнение воздушной среды, расход топлива и пр. В то же время данные нормативы, характеризуя предельно допустимое количество загрязнений, поступающих в окружающую среду в зоне расположения источников, оборудованных системами обезвреживания, не позволяют дать оценку самим системам обезвреживания.

Градостроительные нормативы разрабатывают для обеспече-

ния экологической безопасности при планировке и застройке городов и других населённых пунктов.

Рекреационные нормативы определяют правила пользования природными комплексами в целях обеспечения условий для полноценного отдыха и туризма.

В тех случаях, когда по тем или иным объективным причинам не представляется возможным разработать гигиенические или технологические нормативы, устанавливают временные нормативы. По мере роста научных знаний, развития и совершенствования техники и технологии их регулярно пересматривают в сторону ужесточения с тем, чтобы воздействие на природу было минимальным.

98

11.2.Виды нормативов при оценке качеств воздушной среды, водных ресурсов, почвы, шума

Оценка качества воздушной среды осуществляется на основе следующих нормативов:

−предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны ПДКр.з, мг/м3. При ежедневной восьми-, семи- и шестичасовой работе (кроме выходных дней) или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 41 ч в неделю, эта концентрация в течение всего рабочего дня не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, которые могут быть обнаружены современными методами исследований, в процессе работы или

вотдалённые сроки жизни человека;

−предельно допустимая среднесуточная концентрация вредного вещества в воздухе населённых мест ПДКс.с, мг/м3, которая не должна вызывать отклонений в состоянии здоровья настоящего и последующих поколений при неопределённо долгом (в течение нескольких лет) вдыхании;

−временно допустимая концентрация (ориентировочный безо-

пасный уровень воздействия) загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны ВДКр.з, мг/м3. Числовые значения этого показателя для различных веществ определяются расчётным путём и действуют в течение 2 лет;

−временно допустимая концентрация (ориентировочный безо-

пасный уровень воздействия) вредного вещества в атмосфере ВДКа.в, мг/м3, размер которой устанавливается расчётным путём и действует

втечение 3 лет;

−предельно допустимый выброс загрязняющих веществ в атмосферу ПДВ, кг/сут. (г/ч). Этот показатель должен обеспечивать соблюдение санитарно-гигиенических нормативов в воздухе населённых мест при наиболее неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях. Он определяется расчётным путём на 5 лет;

−временно согласованный выброс ВСВ, кг/сут. (г/ч), устанавливается в том случае, если по объективным причинам нельзя определить ПДВ для источника выброса в данном населённом пункте. Срок действия этого норматива не более 5 лет;

−предельно допустимое количество сжигаемого топлива ПДТ, т/ч. Этот показатель должен обеспечивать соблюдение санитарногигиенических нормативов по продуктам сгорания топлива в воздухе населённых мест при неблагоприятных для рассеивания метеорологических условиях. ПДТ устанавливается расчётным путём на срок не более 5 лет.

99

Оценка качества водных ресурсов осуществляется с помощью системы основных показателей:

−предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в

воде водоёма ПДКв, мг/л, при которой не должно оказываться прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в течение всей его жизни, а также на здоровье последующих поколений и не должны ухудшаться гигиенические условия водопользования;

−предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в

воде водоёмов, используемых для рыбохозяйственных целей, ПДКв.р, мг/л. Для подавляющего большинства нормируемых веществ величи-

на этого показателя всегда значительно меньше ПДКв в связи с тем, что токсические соединения могут накапливаться в организме рыб в весьма значительных количествах без влияния на их жизнедеятельность;

−временно допустимая концентрация (ориентировочно безопасный уровень воздействия) загрязняющих веществ в воде водоёмов

ВДКв, мг/л. Нормативы, определяемые этим показателем, устанавливаются расчётным путём на срок 3 года;

−предельно допустимый сброс ПДС, г/ч (кг/сут.), регламентирующий массу загрязняющего вещества в сточных водах, сбрасываемых в водоём. Применение этого показателя должно обеспечивать соблюдение санитарно-гигиенических нормативов, установленных для водных объектов. Величина ПДС определяется расчётным путём на период, установленный органами по регулированию использования и охране вод. После этого она подлежит пересмотру в сторону уменьшения вплоть до прекращения сброса загрязняющих веществ в водоёмы.

Оценка качества почвы проводится по нормативам, установленным в соответствии со следующими основными показателями.

−предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества

впахотном слое почвы ПДКп, мг/кг. При такой концентрации не должно оказываться прямого или косвенного отрицательного воздействия на контактирующие с почвой воду, воздух и, следовательно, здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы;

−временно допустимая концентрация (ориентировочно допустимая концентрация) вредного вещества в пахотном слое почвы

ВДКп, мг/кг, устанавливается расчётным путём и действует в течение 3 лет.

100