Основные принципы защиты биосферы от загрязнения

Как было показано, в природе процессы обмена веществом и энергией между компонентами окружающей среды замкнуты, бесконечны. В сфере же производства имеет место линейная система процесса — "сырье-продукция-отходы", в которой большинство отходов не утилизируется ни промышленностью, ни природными системами.

Поэтому основным перспективным направлением оптимиза­ции взаимодействия общества и природы является превращение линейного процесса в бесконечный природно-производственный цикл "сырье-продукция-отходы-продукция или сырье".

Такое превращение может быть реализовано разработкой и применением безотходных технологий и созданием территориально-производственных комплексов, в которых отходы одного производства служили бы сырьем для другого (создание замкнутости контуров технологических процессов).

В настоящее время степень повторного использования (утилизации) производственных отходов очень невелика.

Основными причинами, по которым многие отходы (остатки) в настоящее время не перерабатываются, являются отсутствие простых и эффективных технологий и неудовлетворительная экономика технологических процессов, разработанных для их утилизации, их нерентабельность (затраты превышают доходы от дополнительной продукции, получаемой из отходов).

Поэтому при современном уровне знаний и экономике новейших технологий для экологизации производства в настоящее время продолжают в мировой практике широко применяться так называемые пассивные методы защиты окружающей среды, суть которых заключается в ограничении количества выбросов путем их улавливания, обезвреживания и захоронения.

Современные методы улавливания и уничтожения вредностей тоже очень сложны и дороги. Затраты на очистные сооружения нередко достигают 40% от стоимости основных фондов, а их строительство требует изъятия больших площадей земельных угодий.

Таким образом, основными путями решения экологических проблем в настоящее время являются:

— экономичное и рациональное расходование природных ресурсов;

— комплексная переработка сырья;

— защита природы от загрязнения, истощения и деградации путем разработки и применения эффективных очистных сооружений, совершенствования технологий с елью создания малоотходных техпроцессов, более широкого использования вторичного сырья и отходов.

В настоящее время в мировой практике наиболее широко применяются следующие способы обеззараживания и захоронения отходов:

— биологическое окисление и физико-химическая очистка;

— термическая обработка и обработка при высоком давлении;

— складирование отходов в поверхностных хранилищах;

— захоронение жидких отходов в глубинные формации и подземные полости естественного и искусственного происхождения;

— захоронение токсичных веществ в поверхностные слои земли;

— сброс отходов в глубинные части морей и океанов.

За рубежом большое внимание уделяется подземному способу захоронения токсичных отходов в геологических средах.

Методы и средства защиты воздушного бассейна

Для уменьшения загрязненности воздуха промышленными выбросами (частицы пыли, туманы кислот, щелочи, масла и др.) применяют различные физические и химические методы.

Для пылеочистки воздуха применяется пылеулавливающая аппаратура.

По принципу действия пылеочистное оборудование подраз­деляется на сухие и мокрые пылеуловители, электро- и механические фильтры.

Сухие пылеуловители работают по принципам гравитационной и инерционной сепарации, где используются силы гравитации и инерции. Это различного рода пылеосадочные и пылеотстойныё камеры, циклоны, ротационные, вихревые и радиальные пыле­уловители (рис.2.2).

В пылеотстойных и пылеосадочных камерах лабиринтного и прямоточного типов осуществляется грубая очистка воздуха от пыли (дисперсность пылинок d > 100 мкм). Здесь коэффициент очистки η_о, определяемый по формуле

η_о = 100 • (1 - С1/С), %

где С и С1 — концентрация загрязнения воздуха до и после очистки, соответственно не превышает 50-60% (d = 100-200 мкм).

а б

Рис.1 Аппараты сухой очистки:

а — пылеосадочная камера лабиринтного типа;

б — камера прямоточного типа;

в — циклон

Циклоны обеспечивают среднюю очистку (d= 100-10 мкм) и коэффициент очистки η_о = 70-95%.

В циклоне по касательной к внутренней поверхности корпу­са через патрубок поступает пылевоздушный (ПВ) поток, который совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру (рис.1, б). Под действием центробежной силы на стенке циклона образуется слой пыли, падающий затем в бункер. Очищенный воздух (В) покидает циклон через выходную трубу.

Мокрые пылеуловители работают на принципе осаждения под действием сил гравитации и броуновского движения частиц пыли на поверхность капель или пленки жидкости.

К ним относится различной конструкции пенные аппараты, трубы иди скрубберы, аппараты ударно-инерционного типа.

Мокрые пылеуловители обеспечивают тонкую очистку воз­духа от пыли (d < 10 мкм) и коэффициент очистки η_о = 95-99%.

В скруббере Вентури пылевоздушная смесь (ПВ) поступает в сопло Вентури и смешивается с каплями жидкости, поступающей на орошение через форсунки. Осаждение частиц пыли на капли жидкости обусловлено высокой относительной скоростью частиц пыли и жидкости в узкой части сопла. На выходе сопла поток тормозится и попадает в пылеулавливатель, а очищенный воздух (В) покидает скруббер.

Для тонкой очистки воздуха от пыли и обеспечения высокого коэффициента очистки (о η_о = 98-99%) применяются также различного рода фильтры (рукавные матерчатые фильтры, электро­статические и ультразвуковые пылеуловители).

Для очистки могут применяться фильтры бумажные, волокнистые, с насыпными слоями зернистого материала, а также масляные рукава и др.

В электростатическом поле пылинки получают преимущественно отрицательный заряд и оседают на стенки фильтра, после чего выпадают в шлам.

В ультразвуковом поле происходит коагуляция тонких фракций пылей, что способствует их осаждению в шлам. В масляных фильтрах кассеты заполняются смоченными в специальном масле (веретенное, вазелиновое) фарфоровыми или металлическими кольцами и гофрированными сетками.

Работа фильтров основана на способности пористых материалов (фильтроэлементов) задерживать частицы примесей при движении дисперсных сред. Частицы примесей оседают на входной части фильтроэлемента. Осаждение частиц происходит в результате совокупного действия эффекта касания, диффузионных, инерционных и гравитационных процессов.

Очистка воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей осуществляется волокнистыми фильтрами, прин­цип действия которых основан на осаждении капель на поверхности материалов и последующего стекания жидкости под действием сил тяжести.

Наиболее эффективными методами очистки промышленных выбросов от газообразных примесей являются:

— абсорбция (от лат. аЬсогЬео — поглощаю) — поглощение (извлечение) веществ из газовой смеси всем объемом жидкости (абсорбентом); другими словами, абсорбция — это один из процессов растворения определенного газа в жидком растворителе;

— адсорбция (от лат. аd — на, при и sогЬео — поглощаю) — поглощение (извлечение) вещества из газовой смеси поверхностным слоем жидкости или твердым телом (сорбентом). Адсорб­ция — это процесс, приводящий к высокой концентрации извлекаемого из газообразной или жидкой среды вещества (адсорбата) на поверхности жидкости или твердом теле, используемых в качестве адсорбента;

— окклюзия — поглощение газов твердыми металлами или расплавами с образованием твердых или жидких растворов или химических соединений (нитридов, гидридов и т.д.);

— хемосорбция (химическая сорбция) — поглощение жидкостью или твердым телом веществ из окружающей среды (газовых смесей) с образованием химических соединений;

— каталитический метод состоит в превращении токсичных компонентов вещества в безвредные или менее вредные путем введения в систему очистки дополнительных реагентов-катали­заторов.

Эффективным решением по защите атмосферного воздуха от загрязнения в Республике Беларусь является:

— модернизация котельного и энергетического оборудования с учетом подавления выбросов соединений серы и азот;

— строительство комплексов глубокой переработки нефти в Новополоцке и Мозыре;

— совершенствование процессов плавки черных металлов;

— реконструкция физически изношенного и морально устаревшего оборудования на предприятиях по производству цемента, извести, доломита и других материалов.

Важными мерами по снижению загрязнения воздуха отходами, в т.ч. соединениями серы и азота, определяющими "кислотность" осадков, являются также перевод автомобильного парка на использование неэтилированного бензина, использование нейтрализаторов отработавших газов автомобилей, улучшение экологических характеристик транспортных средств, газификации объектов энергетики, промышленности и коммунальной среды.