1498

Сущность огневого обезвреживания сточных вод за-

ключается в распылении их непосредственно в топочные газы, нагретые до 900 – 1100 °С. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают до нетоксичных соединений (чаще всего, до диоксида углерода и водяных паров). Находящиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы, которые улавливают в циклонах или фильтрах. Данный метод целесообразен для обезвреживания небольшого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка от которых другими методами невозможна или неэффективна. Кроме того, огневой метод предпочтителен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо. Для сжигания промышленных стоков применяют печи различных конструкций, но предпочтение отдают циклонным печам. Благодаря вихревому характеру газового потока создается интенсивный тепло- и массообмен между каплями сточной воды и газообразными продуктами. Такие печи работают при больших удельных нагрузках. Смесь воздуха и природного газа, вводимая тангенциально в печь, совершает вращательное движение, перемещаясь вдоль оси цилиндра по спирали. Сточную воду распыляют форсунками и сжигают. Недостаток таких печей – большой унос минеральных солей с газовым потоком, если сточные воды помимо органических веществ содержат минеральные компоненты.

Создание замкнутых водооборотных систем

Системы водообеспечения промышленных предприятий в зависимости от водных технологических процессов могут быть прямоточного, повторного (последовательного) и оборот-

ного водоснабжения. При прямоточном водообеспечении вся забираемая из источника вода QИСТ сбрасывается в приемник сточных вод QСБР за вычетом воды, израсходованной в производстве QПОТР, т. е.

QСБР = QИСТ – QПОТР.

71

Схема последовательного водопользования является более совершенной; она может быть двух-, трех-, четырехкратной. Тогда QСБР уменьшается на величину суммарных потерь на ряде производств (заводов, цехов) и на очистных сооружениях со шламами Qшл:

QСБР = QИСТ – (QПОТР 1 + QПОТР 2 + QШЛ)

Вполне очевидно, что при повторном водоиспользовании качество сточных вод первого водопользователя должно удовлетворять технологическим требованиям к воде второго водопользователя и т. д.

При разработке оборотных систем водоснабжения промышленных предприятий необходимо планировать очистку и повторное использование поверхностных сточных вод с учетом следующих требований:

–обеспечение локализации стока с отдельных участков территории предприятия и его отвода либо в общезаводские очистные сооружения, либо (после предварительной очистки) в общую схему очистки поверхностных сточных вод;

–создание раздельной организации стоков с водосборных участков, отличающихся по составу и количеству примесей, поступающих в поверхностные сточные воды;

–обеспечение очистки поверхностного стока совместно

спроизводственными сточными водами;

–применение локальных очистных сооружений для поверхностных сточных вод.

При создании замкнутых водооборотных систем промышленных предприятий водоподготовка и очистка сточных вод должны рассматриваться как единая система. Проектирование замкнутых систем проводится одновременно с проектированием основного производства. Образующиеся при очистке сточных вод осадки перерабатываются в товарную продукцию или выдаются в виде вторичного сырья.

72

ЛЕКЦИЯ 6. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЛИТОСФЕРУ

Почва – естественно-историческое образование, возникшее в результате изменения поверхностного слоя литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов. Плодородие почвы – это ее способность удовлетворять потребность растений в минеральных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, обеспечивать продуктивность растительности. Деградация почвы представляет собой постепенное ухудшение ее свойств, сопровождающееся уменьшением содержания гумуса

иснижением плодородия. Основными видами негативного антропогенного воздействия на почву являются:

I. Эрозия. Эрозия почв представляет собой разрушение

иснос верхних плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). К усилению эрозии почв приводит вырубка лесов. К эрозионным процессам также можно отнести промышленную эрозию (разрушение почвы при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивном выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов). Ветровая эрозия (дефляция) в основном возникает в степных засушливых районах. Способствуют эрозионным процессам сокращение площади растительного покрова, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер. Ветровую эрозию почв можно разделить на местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Под местной ветровой эрозией подразумеваются поземки и столбы пыли при небольшой скорости ветра. Пыльные бури происходят при сильном и продолжительном ветре. Скорость ветра обычно достигает 20 – 30 м/с. Кроме того, что пыльные бури уносят самый плодородный верхний слой почвы, они еще загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно влияют на здоровье человека. Одним из крупнейших источников пыли является Арал.

73

Водная эрозия развивается в основном на склонах. Если потоки воды, образующиеся после дождей и при таянии снега, не успевают впитаться в почву, то они начинают смывать ее плодородный слой. Применение тяжелой почвообрабатывающей техники, которая разрушает структуру почвы, ведет к активизации водной эрозии. Одной из разновидностей водной эрозии почвы является плоскостная эрозия. Она возникает на склонах, начиная уже с угла наклона 1 – 3 . К одной из наиболее опасных форм водной эрозии относится овражная эрозия. Овраги разрушают ценные сельскохозяйственные земли, усиливают смыв почвенного покрова.

II. Загрязнение. Основными загрязнителями почв в настоящее время являются:

1.Пестициды. Пестициды способны накапливаться в биомассе растений и передаваться дальше по пищевой цепи, причем концентрация их на каждом последующем трофическом уровне увеличивается. Среди пестицидов наибольший вред экосистемам наносят стойкие хлороорганические соединения (например, дихлордифенилтрихлорэтан – ДДТ), которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, способны постепенно аккумулироваться в живых организмах до опасных концентраций, оказывающих мутагенное и канцерогенное действие.

2.Минеральные удобрения. Минеральные удобрения можно рассматривать в качестве загрязнителей почвы, если их применяют в избыточных количествах, теряют при транспортировке и неправильном хранении. Из различных типов минеральных удобрений в почву в значительных количествах проникают нитраты, сульфаты, хлориды и некоторые другие соединения. Огромную опасность для здоровья человека представляют нитраты. Присутствие в организме человека нитратов

вконцентрации, превышающей 50 мг/л, оказывает общетоксическое действие. Повышенное количество нитратов уменьшает содержание кислорода в почве, что приводит к увеличению выделения в атмосферу метана и закиси азота.

74

3. Промышленные и сельскохозяйственные отходы. Они являются источниками загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности. Промышленные отходы представляют собой остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся в ходе производства и частично или полностью потерявшие свои потребительские качества. К бытовым отходам относятся бывшая в употреблении продукция или сопутствующие ей изделия, непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению.

По опасности воздействия на окружающую среду отходы подразделяют на следующие классы: I – чрезвычайно опасные; II – высоко опасные; III – умеренно опасные; IV – малоопасные. Класс опасности промышленных отходов определяется расчетным путем по нормативному документу «Методические рекомендации и порядок определения класса опасности отходов», изданному в 1996 году. Опасными отходами называются отходы, содержащие в своем составе вещества, которые обладают одним из опасных свойств (токсичность, взрывчатость, инфекционность и т. д.) и присутствуют в количестве, угрожающем здоровью людей и окружающей природной среде. К этой группе отходов относятся металлические и гальванические шламы, отходы стекловолокна, асбестовые отходы, остатки от переработки кислых смол, дегтя и гудрона, отработанные радиотехнические изделия. Огромный вред наносят отходы, содержащие радиоактивные изотопы.

Чрезвычайно опасны отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему (HgCl2), цианид калия, соединения сурьмы, бенз(а)пирен и др. Ртуть, попадая в организм, вступает в соединение с белковыми молекулами крови. Это приводит к глубоким нарушениям функций центральной нервной системы. Отравление сулемой и другими солями ртути вызывает у человека головные боли, поражение десен, набухание лимфатических и слюнных желез. В тяжелых случаях наступает нефроз почек, а через 5 – 6 дней – смерть. В относительно легких случаях возникает потеря аппетита, тошнота, рвота, язва желудка и двенадцатиперстной кишки. Воздействие на орга-

75

низм человека цианида калия (KCN) и других солей синильной кислоты (HCN) приводит к нарушению дыхания, к резкому снижению способности тканей потреблять кислород. Смертельная доза цианида калия (KCN) для человека составляет 0,12 г. Соединения сурьмы вызывают раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и пищеварительного тракта. При хроническом отравлении данными веществами нарушается обмен веществ, поражается нервная система, ухудшается работа сердца. При гидролизе хлорида сурьмы (SbCl3) в организме образуется соляная кислота (HCl), вызывающая воспаление лёгких и дыхательных путей и нарушение функций пищеварительной системы. Повышенную опасность представляют отходы, содержащие соединения свинца, хлорид меди, сульфат меди, щавелевокислую медь и др. Свинец и все его соединения оказывают токсическое действие на живые организмы. В результате отравления может наступить поражение нервной системы, крови и сосудов. Токсическое действие свинца объясняется в первую очередь тем, что его ионы образуют с сульфгидрильными группами SH-содержащих ферментов устойчивые меркаптиды и таким образом вызывают блокировку этих ферментов. Взаимодействие свинца с сульфатами и SH–группами может привести к повреждению генетического аппарата клетки. Свинец нарушает биосинтез гемоглобина, нуклеиновых кислот, гормонов.

Попадание сульфата меди (CuSO4) или щавелевокислой меди (Cu(CH3COO)2) в желудок человека приводит к тошноте, рвоте, болям в животе, к появлению гемоглобина в моче. Хроническое отравление солями меди вызывает расстройство нервной системы, нарушений функций печени и почек.

Под утилизацией отходов понимают извлечение из них и хозяйственное использование различных полезных компонентов. Реутилизация включает в себя повторную, иногда мно- гократно-последовательную переработку отходов. Захоронением отходов называется помещение их под землю таким способом, чтобы предотвратить попадание загрязняющих веществ в окружающую среду. Под детоксикацией отходов подразумева-

76

ется освобождение их от токсичных компонентов на специализированных установках.

В настоящее время существуют следующие направления ликвидации и переработки твердых промышленных отходов: 1) захоронение их на полигонах; 2) огневая переработка; 3) пиролиз; 4) складирование в поверхностных хранилищах.

Обезвреживание токсичных твердых промышленных отходов осуществляется на специальных полигонах. Чтобы избежать загрязнения почв и подземных вод, отходы обрабатывают цементом, жидким стеклом, битумом и т. д. Выбор земельных участков для размещения полигонов производится в соответствии с СНиП 2.01.28–85 «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов».

Метод огневой переработки классифицируется в зависимости от типа отходов и условий обезвреживания на следующие группы:

1. Сжигание отходов, которые способны гореть самостоятельно. Горение должно осуществляться при температуре не ниже 1200 – 1300 С.

2.Огневой окислительный метод обезвреживания негорючих отходов, представляющий собой сложный физикохимический процесс;

3.Огневой восстановительный метод, в результате которого образуются дымовые газы и шлак.

4.Огневая регенерация, которая позволяет извлекать из отходов производства ценные реагенты.

Если оптимальные условия огневой переработки отходов нарушаются, то это может привести к образованию в дымовых газах токсичных веществ, например, угарного газа (СО), бенз(а)пирена, диоксинов.

Пиролизом называется разложение веществ под действием высоких температур. Выделяют два типа пиролиза: окислительный пиролиз и сухой пиролиз. Окислительный пиролиз представляет собой процесс термического разложения промышленных отходов при их частичном сжигании или непосредственном контакте с продуктами сгорания топлива. Под

77

сухим пиролизом понимают процесс термического разложения без доступа кислорода. В результате этого процесса образуется пиролизный газ, жидкий продукт и твердый углеродистый остаток. В зависимости от температуры, при которой протекает пиролиз, выделяют:

1.Низкотемпературный пиролиз или полукоксование (450 – 550 С). Этот вид пиролиза характеризуется максимальным выходом жидких и твердых (полукокс) остатков и минимальным выходом пиролизного газа.

2.Среднетемпературный пиролиз или среднетемпера-

турное коксование (до 800 С) дает выход большего количества газообразного продукта и меньшего количества жидкого остатка и кокса. 3. Высокотемпературный пиролиз или коксование (900 – 1050 С), приводящий к минимальному выходу жидких и твердых продуктов и максимальной выработки газа.

Для защиты от твердых бытовых отходов широко применяются следующие методы: 1) строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки; 2) сжигание отходов на мусоросжигательных заводах; 3) компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива); 4) ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и др.); 5) предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов; 6) пиролиз.

При строительстве полигонов для хранения твердых бытовых отходов и частичной их переработки, серьезное внимание следует уделить гидроизоляции этих полигонов, чтобы предотвратить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Проводимые мероприятия по уменьшению экологического риска и предотвращению необратимых последствий для окружающей среды основаны на принципах контроля качества складируемых отходов, выборе места расположения полигона (элементов естественной защиты) и его технологического и технического оформления (элементов искусственной защиты). Охрана атмосферного воздуха на полигоне обеспечивается за счет регулярной наружной изоляции уплотненного слоя твердых бытовых отходов грунтом толщиной 15 – 25 см, исклю-

78

чающим возможность возникновения пожаров. Для охраны прилегающих к полигонам земель от захламления производится установка сетчатых ограждений. Они не позволяют ветру разносить легкие фракции твердых бытовых отходов. Наружная изоляция твёрдых бытовых отходов, их дробление и последующее уплотнение предотвращают контакты мух и грызунов с твёрдыми бытовыми отходами. Ливневые и талые воды с находящихся выше земельных массивов перехватываются канавой и выводятся за пределы полигона.

Для переработки твёрдых бытовых пищевых отходов применяют метод компостирования с аэробным окислением органического вещества.

4. Газовые и дымовые выбросы промышленных предприятий в атмосферу. Почва может накапливать опасные загрязняющие вещества, оседающие на нее из атмосферы, например, тяжелые металлы, радионуклиды.

5. Нефть и нефтепродукты. Причинами этого загрязнения являются аварии на нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи и т. д.

III. Вторичное засоление и заболачивание. Усиление природного засоления почв в процессе хозяйственной деятельности называется вторичным засолением. Оно может возникать при чрезмерном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Засоление почв уменьшает их вклад в поддержание биотического круговорота веществ. Заболачивание почв происходит в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземных областях России, в зоне вечной мерзлоты. Оно ухудшает агрономические свойства почв и может сопровождаться накоплением неразложившихся органических остатков на поверхности.

IV. Опустынивание. Под опустыниванием подразумевают процесс необратимого изменения почвы и растительности, а также снижение биологической продуктивности, который, в конечном итоге, может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пусты-

79

ню. Опустынивание представляет собой одновременно соци- ально-экономический и природный процесс.

V. Отчуждение земель для промышленного и комму-

нального строительства. Почвенный покров необратимо нарушается при отчуждении земель для строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки дорог, трубопроводов и т. д.

Основными видами антропогенного воздействия на горные породы являются:

1.Статические нагрузки. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений возникает зона активного изменения горных пород, распространяющаяся приблизительно до глубины 70 – 100 м.

2.Динамические нагрузки. Вибрация, толчки и другие динамические нагрузки создаются при работе транспорта, строительной техники, заводских механизмов и т. д. Вибрацией называется совокупность механических колебательных движений, повторяющихся через короткие промежутки времени. Вибрация распространяется только в твердых телах. Она передается человеку при непосредственном контакте с движущимися аппаратами или их частями. Очень опасным видом динамических нагрузок являются взрывы, применяемые для разрушения горных пород при строительстве автомобильных и железных дорог, гидротехнических плотин и т. д. Нарушая природное равновесие, взрывы могут вызвать оползни, обвалы и т. п.

3.Тепловое воздействие. Повышение температуры гор-

ных пород приблизительно до 40 – 50 С может происходить, например, в основании доменных и мартеновских печей. Как и большинство видов антропогенного воздействия, тепловой поток влияет не только на горные породы, но и на другие компоненты природной среды. Нарушения затрагивают почвы, подземные воды, растительность.

4. Электрическое воздействие. Линии электропередач, электрифицированный транспорт создают в горных породах искусственное электрическое поле, которое порождает блуж-

80