Ekologia_UP

210

Ионообменная очистка применяется для обеспечения и очистки сточных вод от ионов металлов и их примесей. Очистка осуществляется ионитами – синтетическими ионообменными смолами, применяемые в виде гранул размерами от 0,2 до 2,0 мм. Иониты – это практически нерастворимые в воде полимерные вещества, имеющие ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимся в сточной воде.

Электрическая очистка, в частности электрохимическое окисление, осуществляется электролизом и применяется для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые иониды (КCl, NaCl) или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов. В ходе электролиза на аноде происходит окисление цианидов с превращением их в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, углекислый газ, азот), а на катоде – разряд ионов водорода с образованием газообразного водорода и разряд ионов меди, цинка, кадмия.

Гиперфильтрация предусматривает перенос воды и растворенного вещества через мембрану, изготовленную из полимера (ацетат целлюлозы, полиамид и т. п.) с ресурсом работы 1–2 года. Этот метод имеет малые энергозатраты, достаточно прост, легко автоматизируется, эффективен в системах оборотного водоснабжения.

Эвапорация реализуется обработкой паром сточных вод с летучими органическими веществами, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процессом эвапорации удаляют аммиак, этиламин, диэтиламин, фенол и т. п.

Выпаривание, испарение, кристаллизацию используют для очистки небольших объемов СВ с большим содержанием летучих веществ.

9.2.5 Биологический метод очистки сточных вод

Биологическая очистка СВ применяется для выделения из них тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов использовать для своего питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, углеводы и т. п.). Процесс очистки реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью. В ходе первой стадии происходит адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных органических веществ. В ходе второй ста-

211

дии происходит разрушение адсорбированных веществ внутри клеток микроорганизмов при протекающих в них биохимических процессах (окисление или восстановление). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от вида и свойств микроорганизмов.

Биологическую очистку осуществляют и в природных, и в искусственных условиях. В природных условиях очистка происходит на полях фильтрации, на полях орошения, в биологических прудах. Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения – аэротенки (железобетонные резервуары), очищающим началом в которых служит активный ил (биоценоз). Активный ил представляет собой совокупность микроскопических растений и животных, созданную искусственным путем. Такой компонент в природе не существует. Аэротенк снизу продувается мощным потоком мельчайших пузырьков воздуха, создающим избыток кислорода. В среде органических веществ (сточных вод), при избытке кислорода в активном иле бурно растут и развиваются бактерии и микрофауна. Бактерии склеиваются в хлопья, обладающие большой рабочей поверхностью, при этом выделяются ферменты, расщепляющие органические загрязнения до простых минеральных веществ. Бактерии активно делятся, их масса увеличивается, склеивается в хлопья и вместе с илом оседает на дно, отделяясь от чистой воды. Таким образом осуществляется минерализация загрязнений сточных вод. Очищенная вода после биологической очистки проходит процесс хлорирования, а ил включается в новый цикл очистки. Время процесса – 6–12 часов.

9.3 Современные технологии утилизации и переработки твердых бытовых и промышленных отходов

Одним из следствий бурного развития промышленности и сельского хозяйства в результате научно-технической революции второй половины XX в. стало обострение проблемы отходов. Социологи вывели прямую зависимость между ростом благосостояния и количеством бытовых отходов (мусора). Отходы – это то, что не может использоваться в данном производстве. Таким образом, объемы отходов определяются исходя из данного уровня развития технологии. Если первоначально решение проблемы виделось преимущественно в их уничтожении – закапывании, сбрасывании в моря, сжигании, то с усилением загрязнения окружающей среды на пе-

212

редний план вышли иные, экологически более приемлемые меры устранения отходов: их сортировка и повторное использование – рециклинг ресурсов.

Как утверждают специалисты, с начала ХХ века в России накопилось 80 млрд т твердых отходов и ежегодно к ним добавляется еще по 7 млрд т. Ежегодное количество твердых бытовых отходов – 130–140 млн м3, из них большая часть – токсичные и особо токсичные.

В настоящее время при использовании современной техники и технологий не более 10% сырья из недр и с поверхности планеты превращается в готовую продукцию, а 90% идет в отходы, загрязняющие биосферу. Использование сырья выглядит следующим образом:

•на каждого человека ежегодно добывается и выращивается 20

тсырья, которое с помощью энергетической мощности 2,5 кВт и 800 т воды перерабатывается в конечные продукты массой 2 т, идущие на прямое потребление;

•в течение первого года 1 т из 2 т выбрасывается, вторая тоже выбрасывается позднее.

Из 100 млрд т руды, горных веществ, строительных материалов, извлекаемых из Земли ежегодно, лишь небольшая доля воплощается в готовые изделия, основная же масса (98–99%) идет в отходы. В частности, для получения 1 т цветных металлов (это еще не конечный продукт) необходимо добыть на рудниках и переработать руды для олова – 300 т, для никеля – около 200 и для меди – 90–100 т. При этом для получения 1 т металла расходуется электроэнергии (кВт- ч): для меди – 1100, свинца – свыше 4000, алюминия – 20000, никеля – около 40000. Удельный расход условного топлива составляет около 330 г на 1 кВт-ч, отсюда можно легко подсчитать расход топлива в производстве различных цветных металлов.

Избавиться от твердого мусора можно тремя способами: закапывать, сжигать и утилизировать.

Захоронение твердых отходов. Доля отходов, которые подвер-

гаются захоронению или которые вывозятся на свалки, в настоящее время очень велика. Найти новые свалки трудно из-за недостатка земли и протестов местных жителей.

Специальные полигоны, действующие в течение 25 лет, отчуждают значительные площади. После полной загрузки полигона его закрывают растительным грунтом, поверхность которого в дальнейшем может быть использована для устройства парков, садов, иг-

213

ровых площадок. В закрытых от соприкосновения с воздухом бытовых и пищевых промышленных отходах, находящихся в насыпях полигона, возникает анаэробный процесс, при этом выделяется биогаз (смесь метана и углекислого газа), который при определенных условиях можно использовать как топливо. Такой опыт имеется. При высоте засыпки отходов 7 м и более этот газ отбирают с помощью труб. Дополнительные устройства, необходимые для отбора биогаза и его утилизации, быстро окупаются. Однако мусорные свалки занимают много места и быстро заполняются, а сжигание загрязняет воздух.

Сжигание твердых отходов. В 70–80-е гг. получила развитие термическая переработка отходов путем сжигания их в печах на мусоросжигательных заводах. Такие заводы работают во многих странах мира, в Москве, в Санкт-Петербурге, в Мурманске и в других городах страны. Существующие системы сжигания дают высокую степень деструкции отходов (до 99%), позволяют рекуперировать отходящее тепло. Однако недостатки таких систем более существенны. Во-первых, стоимость процесса сжигания в сравнении с традиционными методами (вывозом на свалку, сбросом в море, захоронением в отработанные шахты) достаточно высока. Во-вторых, мусоросжигательные установки являются источниками выбросов в атмосферу соединений цинка, олова, кадмия, хлористого, фтористого водорода и других вредных веществ. Среди токсичных металлов особо опасна ртуть, которая в процессе сжигания вследствие повышенной летучести легко переходит в парообразное состояние и выделяется в атмосферу. Только соответствующая тщательная сортировка и подготовка мусора, а также эффективная очистка дымовых газов (с использованием электрофильтров) могут снизить уровень загрязнения атмосферы.

Переработка твердых отходов. Круговорот веществ в природе

– прекрасный пример безотходного производства. Отходы природных процессов (сухостой, листья и т. п.) преют, перегнивают и естественным путем удобряют землю. Аэробы – это микробы, которые дышат кислородом и перерабатывают легкогниющие вещества в органические удобрения, богатые азотом, т. е. – в компост. При этом выделяется тепловая энергия. Природа подсказала людям схему технологии компостирования бытовых отходов.

В 1970 г. в г. Ленинграде был пущен в эксплуатацию опытный завод по механизированной переработке бытовых отходов. На начальном этапе переработки из массы отходов выделялся черный

214

металл электромагнитными сепараторами. Далее отходы измельчались в дробилках и поступали во вращающиеся барабаны – ферменторы, в которых осуществлялась переработка отходов в компост. Однако в обрабатываемой массе были и некомпостируемые элементы (полиэтиленовые пленки, стекло, жестяные банки и пр.), засоряющие удобрение. Необходимо было научиться очищать компост.

Вконце 70-х – начале 80-х гг. появилось второе поколение заводов по переработке отходов с улучшенной и усовершенствованной технологией. В настоящее время в России имеется девять специализированных заводов по переработке твердых отходов. Идет проектирование в Санкт-Петербурге подобного завода для г. Омска.

Вцелом по России промышленным методом (на мусоросжигательных и мусороперерабатывающих заводах) перерабатывается около 5% отходов, а остальные вывозятся на полигоны и свалки (санкционированные и неразрешенные). В последнее время возникла проблема переработки осадков водопроводных и канализационных станций очистки вод.

Опыт зарубежных стран по утилизации отходов. В США скопилось не менее 750 млн т железного лома, который может удовлетворять потребности американской экономики в течение 10 лет. Выплавка стали из металлолома требует в 7 раз меньше трудовых затрат, чем производство из железной руды. Затраты энергии при выплавке меди из вторичного сырья снижаются почти в 8 раз. При переплавке алюминиевого лома вместо руды экономится до 95% энергии и соответственно на столько же снижается загрязнение воздуха. Повторная переработка 1 т бумажной макулатуры экономит

2,5 м3 пространства на свалке и более 30 тыс. т необходимой при изготовлении бумаги из целлюлозы.

Власти ряда штатов, проявляя заботу об улучшении экологической обстановки, приняли законы об обязательном использовании вторичного сырья. Переработка вторичных ресурсов промышленных и бытовых отходов позволяет получить более дешевое сырье, чем использование ископаемого сырья. Например, опыт США показывает, что повторное использование стекла обходится дешевле, чем производство нового. В настоящее время в США перерабатывается всего 10% стекла.

Пластмассовая промышленность США выпускает в год продукции на 140 млрд дол., но вторично используется только 1%, хотя промышленники ищут новые пути применения пластмасс – от пла-

215

стиковой «древесины» до подкладки для лыжных курток, новых контейнеров, пластиковых мешков и садовых скамеек.

ВСША разбросано 2 млрд старых шин. Старые автомобильные шины превращаются в ремни для вентиляторов, напольные коврики

идаже в новые шины. Переработка отходов привлекает теперь новое поколение предпринимателей и крупные фирмы, которые смотрят на это как на способ делать хорошие деньги. Пока стоимость удаления мусора будет расти, его переработка будет становиться все привлекательнее. Однако по самым оптимальным оценкам она позволит ликвидировать лишь половину накопленного мусора.

ВИталии в 1989 г. парламент принял закон, в котором предусмотрены меры борьбы с отходами и финансовые льготы предприятиям, которые захотят перейти на экологически чистую безотходную технологию. Таким образом планируется сократить примерно на 30% объем промышленных отходов. Особым и весьма высоким налогом (100 лир при себестоимости пакета 10 и 20 лир) облагается каждый из 9 млрд пластиковых пакетов, производимых ежегодно в Италии и используемых в основном в торговле. Цель этого закона, предложенного Министерством по охране окружающей среды и принятого парламентом, – резко сократить использование пакетов, так как естественным путем они не разлагаются, а при сжигании выделяют вредные газы.

Мусор – самая трудная проблема в ФРГ. В стране ежегодно скапливается 40 млн т отходов, в том числе 20 млн т бытовых отходов. На каждого человека в год приходится 250 кг отходов. Население призывают сортировать бытовой мусор. Около домов стоят батареи мусорных бочек: серые – для пищевых отбросов, желтые – для упаковки, включая банки и бутылки, синие – для макулатуры. Громоздкий мусор вывозится отдельно. Одежду, которую жалко выбрасывать, собирают благотворительные организации для отправки в развивающиеся страны. Ее выставляют перед домом в специальных пакетах, которые накануне каждый бюргер находит в своем почтовом ящике. С той же целью в некоторых районах выставляют приемные контейнеры для старой обуви. Лекарства с просроченной датой принимают аптеки. Для старых батареек есть приемные пункты в любом супермаркете.

ВЯпонии в 1970 г. был принят закон об обработке и очистке отходов. По мнению японских ученых, основную часть бытовых отходов необходимо регенерировать в сырьевые и энергетические ресурсы.

216

Бытовые отходы, которые могут служить источником сырья для промышленности, – это всякого рода бытовые электроприборы, элементы питания, консервные банки, части автомобилей и мотоциклов, отслужившие свой срок.

Особое значение, придававшееся рециклингу ресурсов, объяснялось тем, что использование отходов в качестве вторичного сырья

изамена им первичного в некоторых основных производствах значительно уменьшают загрязнение окружающей среды. Рециркуляция только в цветной металлургии уменьшила потребность в природных ресурсах на 35%. По данным центра «За чистую Японию», около 197 млн т (примерно 50%) отходов обрабатывающей промышленности могут эффективно применяться в качестве ресурсов.

По существующему в Японии мнению, основные направления рециклинга ресурсов в самом общем виде сводятся к следующим:

1)созданию систем замкнутого цикла производства (системы такого типа представляют собой наиболее перспективный тип производства);

2)повторному использованию отходов с неизменным назначением без дополнительной переработки (например, бутылки);

3)утилизации отходов в качестве сырья для изготовления исходного продукта (например, макулатуры для производства бумаги, металлолома для выплавки стали);

4)использованию отходов как сырья для получения качественно нового продукта (например, как источника тепловой энергии, получаемой в результате сжигания отходов, или удобрений – в результате компостирования);

5)конечному использованию отходов при создании насыпных территорий, строительстве дорог, дамб, насыпей и др.

Специальная статья японского закона об обработке и очистке отходов предписывает всем гражданам страны не загрязнять парки

искверы, спортивные площадки и сооружения, дороги, реки, гавани и прочие общественные места. Человек, мусорящий в общественных местах и схваченный на месте преступления, должен выслушать 15-минутную лекцию о вреде, наносимом такими действиями окружающей среде. Нарушитель порядка подвергается немедленному штрафу в 88 долл. США или же предстает перед судом по обвинению в засорении природы.

Бытовые отходы делятся на горючие (макулатура – 40%, кухонные отходы – 37%) и негорючие (стекло – 30%, пластмасса свыше 20% и металлы – примерно 20%). В целом в структуру бытовых от-

217

ходов 30% составляет макулатура. Степень утилизации макулатуры в Японии приближается к 52%. В то же время, по существующим оценкам, предельный уровень утилизации составляет 63%. Выгоды от использования макулатуры вполне очевидны.

Одна тонна макулатуры спасает от вырубки примерно 20 деревьев, что помимо экономии древесины способствует поддержанию экологического баланса. При выработке бумаги из макулатуры требуется лишь 1/3 затрат энергии, необходимой для производства бумаги из первичного сырья. Благодаря тому, что сбор макулатуры производится в основном добровольцами на общественных началах, значительно снижаются расходы на сбор бытовых отходов в целом.

В настоящее время в Японии распространено два вида сбора отходов: с помощью автомашин, разъезжающих по городу, и сборщиков, главным образом стариков, детей и женщин, обходящих определенные группы домов и делающих это бесплатно. Уже в 1985 г. групповой сбор бытовых отходов осуществляли более чем в 80 % пунктов, в том числе в 90 % крупных городов.

Широко распространен в стране дифференцированный сбор, осуществляемый с помощью пакетирования: различные виды отходов жители складывают в отдельные полиэтиленовые или бумажные пакеты разного цвета, бесплатно распространяемые для населения. Обычно определенные виды отходов собирают специальные службы в установленные дни, а иногда и часы.

Выводы

Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха выделяют четыре направления: санитарно-технические, технологические, архитектурно-планиро- вочные и контрольно-запретительные. Наибольший эффект достигается сочетанием всех четырех.

К санитарно-техническим мероприятиям относится использование сверхвысоких дымовых труб, газо-пылеочистных установок (ГПУ), герметизация технологического и транспортного оборудования и др.

Технологические мероприятия – это новые экологически более чистые технологии, технологически более чистое и оптимальное исходное сырье, замкнутые циклы использования пара, воды, энергии и прочих ресурсов, ресурс- но-сберегающие технологии и пр.

Архитектурно-планировочные мероприятия проявляются в ра-

циональном размещении предприятий с учетом необходимости защиты окружающей среды от промышленных выбросов.

Контрольно-запретительные мероприятия предусматривают запреще-

ние производства токсичных веществ, использование лимитов на выбросы вредных веществ в атмосферу на основе данных о ПДК, ПДВ для каждого

218

предприятия, применение автоматизированных способов контроля за качеством состояния воздушного бассейна и т. п.

Вцелях очистки выбросов от газообразных примесей применяют методы абсорбции, адсорбции, хемосорбции, каталитического и термического окисления.

Воздушные выбросы очищают от пыли методами: сухой механической очистки; мокрой очистки; фильтрации; электрической очистки.

Производственные сточные воды делятся на воды загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Методы очистки производственных сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.

Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, сита, жироловки, маслоловушки, нефтеловушки, смолоуловители, отстойники.

Для очистки СВ от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил, фильтрование.

Физико-химические методы используются для очистки сточных вод, в основном от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. К данной категории методов относятся: коагуляция, флотация, экстракция, ионообменная очистка, гиперфильтрация, выпаривание, испарение, кристаллизация.

Биологическая очистка СВ применяется для выделения из них тонкодисперсных и растворенных органических веществ и основана на способности микроорганизмов использовать для своего питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, углеводы и т. п.).

Вприродных условиях очистка происходит на полях фильтрации, на полях орошения, в биологических прудах. Для искусственной биологической очистки применяют специальные сооружения – аэротенки (железобетонные резервуары), очищающим началом в которых служит активный ил (биоценоз).

Внастоящее время при использовании современной техники и технологий не более 10% сырья из недр и с поверхности планеты превращается в готовую продукцию, а 90% идет в отходы, загрязняющие биосферу. Для уничтожения твердых отходов применяют закапывание, сбрасывание в моря, сжигание, рециклинг ресурсов.

[1, с. 404–440; 6, с. 225–233; 8, с. 417–473; 11, с. 116–119; 15, с. 237–

250].

219

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Еще недавно экология рассматривалась как относительно узкая область изучения взаимоотношений между живыми объектами, и представляла интерес лишь для немногих специалистов-экологов.

В последние десятилетия, когда угроза глобального экологического кризиса коснулась самого человека, произошло быстрое расширение экологии. Она сформировалась в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными, прикладными и общественными науками.

Поэтому в процессе чтения учебного пособия вы познакомились с важнейшими вопросами и проблемами общей экологии, биоэкологии, геоэкологии, социальной и прикладной экологии. Вы узнали, что экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, сообществ, экосистем. Экология изучает взаимодействие организмов с окружающей средой, создавая целостную картину. При этом термодинамический подход играет одну из ведущих ролей. Экология показала, что живой мир – не совокупность живых существ, а единая система, связанная множеством цепочек обитания и иных взаимоотношений. И если даже небольшая часть его погибнет, погибнет и все остальное.

Принцип равновесия играет в живой природе огромную роль. Великое множество равновесий (между видами, организмом и средой) поддерживают общее равновесие в природе. И определяющую роль в поддержании этого равновесия в современных условиях играет человечество.

Удовлетворение материальной потребности обязательно связано с тем, чтобы взять что–либо от природы, вторгнуться в тот или иной биогеоценоз, причем расширяющаяся потребность увеличивает агрессивность человека по отношению к природе.

За вторую половину ушедшего столетия природа планеты неузнаваемо оскудела, её повсеместно вытесняет чудовищная урбанизация, естественные ресурсы буквально на глазах истощаются. Среда обитания не только людей, но и других живых организмов в большинстве регионов мира становится просто опасной, так как отравляются воздух и вода, происходит деградация почв, теряется их естественное плодородие, уменьшается биоразнообразие. И речь уже идет не о локальном, а глобальном экологическом кризисе. Для