Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленная экология. Учебное пособие
.pdf
Анаэробные аппараты сложнее по конструкции, чем аэротенки,
NH
4
+
NH3 + H
+
и более затратные при строительстве, но зато дают больший эффект
очистки по ХПК, а также предусматривают утилизацию тепла, образующегося биогаза для поднятия температуры собственного процесса.
Обычно анаэробное оборудование применяют для сбраживания
осадков первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биохимических систем очистки бытовых стоков и их смесей с
промстоками. Используются такие системы и для переработки промышленных и сельскохозяйственных отходов с высоким содержанием
твердых веществ.
В качестве анаэробных аппаратов используют метантенки – сооружения, работающие по принципу реактора с идеальным (полным)
перемешиванием.
Сами но себе процессы анаэробной очистки являются недорогими в эксплуатации и генерируют биогаз, имеющий определенную
ценность. Особенно выгодно проводить анаэробную очистку концентрированных стоков, поскольку окисление в аэробных условиях большого количества органических веществ сопряжено с высокими энергозатратами.
Обычно в городских сточных водах содержится 20-50 мг/л соединений азота, в основном в виде аммиака или производных аммония
+
(NH
и NH3), и таких органических веществ, которые в процессе об-
4
работки легко превращаются в аммоний. Перед сбросом обработанных
стоков из них стремятся удалить все эти вещества, поскольку их присутствие нежелательно.
Биологическое окисление аммония (нитрификация) требует значительного количества кислорода. В обычных городских стоках содержится всего 40 % необходимого для этой цели кислорода. Следовательно, биологическая очистка стока без проведения нитрификации во
многих случаях приведет к исчерпанию запасов кислорода в водоемах.
Аммиак является сильным ядом для рыбы. К счастью, содержание его в воде незначительно, так как при нейтральных значениях рН
равновесие в данной реакции сдвинуто влево:
.
Только при рН выше 8,5 аммиак начинает доминировать среди
азотсодержащих соединений. В проточной воде (реках, ручьях) значение рН меняется довольно заметно. В Дании, например, содержание
71
аммиака в реках, в которых разрешается ловля рыбы, не должно пре-
NH
4
+
+ 1,5O
2
NO
2
-
+ H2O + 2H
+
NO
2
-
+ 0,5O2
NO
3
-
.
15CO2 + 13NH
4
+
10NO
2
-
+ C5H7NO
2
+ 23H+ + 24H20 .
5CO2 + NH
4
+
+ 10NO
2
-
+ 2H20
10NO
3
-
+ C5H7NO2 + H
+
.
вышать 0,025 мг/л (в РФ данный показатель составляет 0,05 мг/л).
Столь жесткое требование к содержанию аммиака означает, что в
большинстве случаев аммонийные соединения необходимо окислить
до сброса воды.
Необходимость удаления азота из сточных вод сегодня
признается во многих странах. Сброс азота и фосфора приводит
к эвтрофикации природных водоемов и делает их непригодными для купания и рыбной ловли, а также в качестве источников
питьевой воды. В тех странах, где основным источником питьевой воды являются подземные воды, это еще не очень ощутимо,
однако там, где основным источником питьевой воды являются
поверхностные водоемы, как, например, в Центральной Европе,
Северной Америке и Южной Африке, это одна из острейших проблем.
Нитрификация – это микробиологический процесс, в ходе которого аммоний превращается в нитрит, а нитрит в конечном итоге – в
нитрат.
Окисление аммония под действием бактерий можно выразить
следующей реакцией:
.
Нитритоокисляющие бактерии осуществляют следующую реакцию:
Большинство нитрифицирующих бактерий автотрофны и, следовательно, в качестве источника углерода используют диоксид углерода. Прежде чем углерод из диоксида углерода будет включен в процесс роста клетки, он должен быть восстановлен. Восстановление его
происходит за счет окисления источника азота. Если окисляется аммоний, уравнение роста имеет следующий вид:
Если же окисляется нитрит, это уравнение выглядит так:
72
Денитрификация – это процесс превращения нитрата в свобод-
A
red
+ NO
3
-
Aox + 0,5N
2
ный азот под действием бактерий.
Процесс этот анаэробный, поскольку в роли окислителя выступает нитрат:
.
Поскольку в обычных сточных водах азот входит в состав соединений в восстановленной форме, то прежде, чем можно будет проводить денитрификацию, эти соединения должны быть подвергнуты
нитрификации. Следовательно, денитрификацию чаще всего следует
рассматривать в связи с предшествующей ей нитрификацией и лишь в
редких случаях отдельно – как таковую. В процессе денитрификации
окислителем органического вещества выступает нитрат, частично заменяющий кислород. Это означает, что денитрификацию следует рассматривать как одну из стадий удаления органического вещества.
Эта зависимость усиливается в связи с тем, что многие бактерии в отсутствие кислорода способны мгновенно переключаться на использование нитрата в качестве окислителя.
Взаимосвязь между денитрификацией, нитрификацией и удалением органических веществ очень важна при разработке способов
удаления азота. Схемы очистки, обычно применяемые в полномасштабных сооружениях, окажутся успешными только при соответствующем сочетании этих процессов.
Денитрификация как один из этапов очистки воды – довольно
новая область исследований. Первые описания конструкций для эффективного удаления азота появились в литературе всего около 30 лет
назад.
При биологической очистке СВ нитрификация протекает либо
параллельно с превращением органических веществ, либо как отдельный процесс. В обоих случаях окисление аммония в нитрат происходит под воздействием одних и тех же микроорганизмов. Следовательно, эти два процесса имеют много общего.
В процессе денацификации расходуются органические и азотсодержащие вещества. Поскольку для осуществления процесса необходимо совершенно определенное количество органического вещества, то
соотношение С/N в системе играет принципиальную роль. При проектировании реакторов для процессов денитрификации соотношение
ХПК/N или БПК/N в подаваемом стоке часто рассчитывается для
73
той части азота, которую надо удалить. Потребление кислорода для
NH
4
+
+ 0,75O2 + OH
-
0,5N2 + 2,5H2O
совмещенного процесса нитрификации/денитрификации будет составлять
.
Денитрифицирующие бактерии способны использовать самые
разнообразные источники энергии, в том числе и неорганические вещества. Наибольший интерес среди органических субстратов с этой
точки зрения представляют вещества, содержащиеся в стоке и иле, –
так называемые внутренние источники энергии. Среди экзогенных
источников углерода и энергии наибольший интерес представляют
метанол и уксусная кислота, если по каким-то причинам нет возможности использовать стоки промышленных производств – например,
стоки пивных производств [6].
Водоподготовка
Производственные и сельскохозяйственные предприятия, городское коммунальное хозяйство потребляют большое количество чистой
воды.
Способы улучшения качества воды и вид водоочистных сооружений зависят от требований, предъявляемых потребителем к качеству воды.
Качество воды – характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования.
Согласно «Правилам охраны поверхностных вод», все водные
объекты в РФ подразделяются на следующие категории: водные объекты для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования и объекты для рыбохозяйственных целей.
В свою очередь, первая категория подразделяется на объекты,
которые используются для централизованного и нецентрализованного
хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых
предприятий, и объекты, которые используются для купания, спорта и
отдыха.
Для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и для рыбохозяйственных целей используются
реки, водохранилища, озера, искусственные каналы.
Водоподготовка – обработка воды, поступающей из природного
водоисточника, для приведения ее качества в соответствие с требова-
74
ниями технологических потребителей. Может производиться на сооружениях или установках водоподготовки для нужд коммунального
хозяйства практически во всех отраслях промышленности (например,
теплогенерирующих предприятий).
Основные способы улучшения качества воды дня хозяйственно-питьевых целей – осветление, обесцвечивание и обеззараживание.
Осветление воды – это удаление из нее взвешенных веществ.
В зависимости от требуемой степени очистки применяют:
а) отстаивание воды в отстойниках;
б) фильтрование воды через слой зернистого или порошкообразного фильтрующего материала в фильтрах;
в) фильтрование через ткани и сетки.
Обесцвечивание воды устранение различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Для этого в воду добавляют коагулянты для осаждения коллоидов. Кроме того, в некоторых
случаях вода обрабатывается окислителями, при этом используются
различные вещества – хлор, перманганат калия, озон или сорбенты –
активный уголь.
Обеззараживание воды проводят для уничтожения содержа-
щихся в ней болезнетворных вирусов и бактерий. Применяют хлорирование воды, бактерицидное облучение, озонирование и другие способы.
Водоподготовка в общем случае включает в себя следующие
этапы, представленные на рис. 30.
Рис. 30. Схема устройства водопровода: 1 – водозаборное устройство;
2 – насосная станция; 3 – очистные сооружения; 4 – резервуар чистой
воды; 5 – насосная станция, подающая воду в городскую сеть;
6 – водонапорная башня; 7 – водопроводные краны
75
По характеру движения обрабатываемой воды технологические
76
схемы делят на безнапорные (самотечные) и напорные.
На городских и крупных промышленных водопроводных
станциях исходная вода движется по сооружениям самотеком.
Уровень воды в каждом последующем сооружении должен быть
ниже предыдущего уровня. Напор определяется разностью уровней.
При безнапорном движении воды по очистным сооружениям
необходимы две насосные станции и резервуары чистой воды.
При напорной технологической схеме обрабатываемая вода движется
от сооружения к сооружению под давлением выше атмосферного.
В связи с этим отдельные сооружения можно располагать на одной
отметке.
Напорные очистные сооружения герметично должны быть закрыты и рассчитаны на давление, развиваемое насосами. Иногда при
использовании напорных технологических схем можно не устраивать
резервуары чистой воды и насосную станцию II подъема. В отдельных
случаях очищенная вода под напором насосов I подъема передастся
непосредственно в сеть потребителям.
76
УМЕНЬШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТХОДАМИ
ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Все то, что человек добывает, производит, выращивает, потребляет, в конце концов превращается в отходы. Часть из них удаляется
вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, паров и пыли
попадает в атмосферу, но большая часть выбрасывается в виде твердых отходов.
Отходы – остатки продуктов или дополнительные продукты,
образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственно в связи с этой деятельностью (п. 3.1 ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с
отходами. Термины и определения».)
Отходы обладают совокупностью признаков, позволяющих их
идентифицировать в качестве отхода определенного вида.
Выделяют несколько видов, или групп отходов.
Промышленные отходы. В мировом масштабе масса промышленных отходов составляет 90 %, а масса продукции – 10 % от массы
соответствующего биосферною сырья (т.е. любых природных веществ,
расходуемых на производство данного продукта), а при оценке их потребительской стоимости приведенные числа меняются местами.
В этом состоит основное противоречие современного производства:
неиспользуемые, неутилизируемые отходы имеют лишь условную
потребительскую стоимость, которая не всегда превышает затраты по
их перемещению, складированию, хранению, обезвреживанию, нейтрализации и захоронению. И чем разнообразнее состав отходов, тем
сложнее экономические и экологические проблемы их утилизации.
Бытовые отходы. В эту группу отходов обычно включают органические и неорганические материалы, уличный и дворовый мусор,
отслужившие свой срок бытовые машины, словом, все то, что является
конечным продуктом жизнедеятельности человека в широком смысле
этого слова.
Основным отличием бытовых отходов от промышленных является высокая степень делокализации, неравномерное распределение,
по существу, распыление, притом более масштабное, чем это имеет
место для промышленных отходов.
Промышленные отходы возникают и распространяются только в
соответствующей производственной зоне и при определенных затратах могут быть в ней сконцентрированы и переработаны.
77
Бытовые же отходы появляются всюду, где живет человек, и их
распределение и степень концентрирования в точности соответствует
плотности населения в данной местности. Поэтому управление бытовыми отходам намного сложнее и дороже, чем управление промышленными выбросами.
Вредные отходы. В принципе, любые отходы следует считать
вредными в широком смысле, поскольку все они представляют собой
результат механического, физико-химического или химического изменения исходных биосовместимых природных комплексов. В узком
смысле вредными следует считать отходы, оказывающие резко негативное влияние непосредственно на животные и растительные организмы и на среду их обитания.
Вредные отходы следует отличать от опасных, токсичных и супертоксичиых выбросов. Это совершенно необходимо, поскольку глубина техногенного вмешательства в природу достигла в настоящее
время столь огромных масштабов, что становится все сложнее контролировать ежегодное поступление и прогнозировать воздействие на
биосферу сотен тысяч новых синтетических соединений и материалов.
Наиболее широкой классификацией промышленных отходов является их разделение по агрегатным (физическим) состояниям: твердые, жидкие и газовые. При этом в отдельную рубрику попадают
энергоотходы, представляющие специфический вид отходов (в данном
пособии не рассматриваются).
Единая классификация, учитывающая абсолютно все аспекты
отходов (происхождение, физические и химические свойства, состав,
агрегатное состояние, санитарно-гигиенические характеристики, уровень экологической опасности, условия транспортировки, способы
переработки и пр.), до сих пор не создана.
Наиболее полным приближением к такой единой классификации
является «Федеральный классификационный каталог отходов»,
имеющий пять уровней классификации, расположенных по иерархическому принципу: блоки, группы, подгруппы, позиции, субпозиции.
«Федеральный классификационный каталог отходов» (ФККО) –
перечень образующихся в стране отходов, систематизированных по
совокупности приоритетных признаков: происхождению, агрегатному
и физическому состоянию, опасным свойствам, степени воздействия
на окружающую среду. С 1 августа 2014 г. введен в действие новый
федеральный классификационный каталог отходов (приказ Росприроднадзора от 18.07.2014 № 445 «Об утверждении федерального классификационного каталога отходов»).
78
Кроме того, существуют критерии отнесения опасных отходов к
№
п/п
Степень
вредного
воздействия
опасных
отходов
на ОПС
Критерии отнесения опасных
отходов к классу опасности
для ОПС
Класс опас-
ности отхода
для ОПС
1.
ОЧЕНЬ
ВЫСОКАЯ
Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует
I класс
Чрезвычайно
опасные
2.
ВЫСОКАЯ
Экологическая система сильно
нарушена. Период восстановления не менее 30 лет после полного устранения источника
вредного воздействия
II класс
Высокоопасные
3.
СРЕДНЯЯ
Экологическая система нарушена. Период восстановления не
менее 10 лет после снижения
вредного воздействия от существующего источника
III класс
Умеренно
опасные
4.
НИЗКАЯ
Экологическая система нарушена. Период самовосстановления
менее 3 лет
IV класс
Малоопасные
5.
ОЧЕНЬ
НИЗКАЯ
Экологическая система практически не нарушена
V класс
Практически
неопасные
классу опасности для ОПС.
Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на ОПС при непосредственном или опосредованном воздействии опасного отхода на нее в соответствии с критериями, приведенными в таблице.
Классы опасности отходов
Данные критерии разработаны в соответствии со статьей 14 Федерального закона от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (в редакции от 23.12.2014). Они предназначены
для индивидуальных предпринимателей и юридических лиц, в процес-
79
се деятельности которых образуются опасные отходы, и которые обязаны подтвердить отнесение данных отходов к конкретному классу
опасности для ОПС.
Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может
осуществляться расчетным или экспериментальным методами.
В случае отнесения производителями отходов отхода расчетным
методом к пятому классу опасности необходимо его подтверждение
экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения данного
класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к четвертому классу опасности.
Также в новой редакции закона № 89-ФЗ появилось понятие
«группы однородных отходов», т.е. отходы, классифицированные по
одному или нескольким признакам (происхождению, условиям образования, химическому и (или) компонентному составу, агрегатному
состоянию и физической форме).
Управление отходами. Механизмы управления отходами
Существует несколько механизмов в области управления отходами. Разберем их более подробно.
Нормативно-правовой механизм. Данный механизм решает задачи управления отходами с помощью норм допустимых воздействий
на ОПС, системы стандартов и норм использования природных ресурсов РФ, лицензирования, экологической экспертизы, системы законодательных актов, определяющих ответственность пользователя ресурсами.
В РФ контроль за соблюдением в области нормативно правового
регулирования возложен на Росгидромет, Росприроднадзор и Ростехнадзор.
Российская нормативно-правовая базав области обращения с отходами насчитывает более 200 документов только федерального уровня, в том числе 20 законов, 40 постановлений и около 10 распоряжений правительства. Обращение с отходами регулируется более чем
180 документами федеральных органов исполнительной власти.
Кроме того, РФ подписала и ратифицировала ряд международных соглашений, регулирующих обращение с отходами.
Среди множества актов основополагающими являются:
- Федеральный закон «Об отходах производства и потребления»
от 24.06.1998 № 89-ФЗ (в редакции от 23.12.2014);
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]