belov_s_v_red_bezopasnost_zhiznedeyatelnosti

рис. 10.24. Схема биофильтра с принудительной подачей воздуха:

/ — трубопровод подачи исходной сточной воды; 2 — водораспределительные устройства; 3 — фильтровальная загрузка; 4 — трубопровод отвода

очищенной сточной воды; 5— гидравлический затвор; 6 — трубопровод подвода сжатого воздуха; 7— корпус фильтра

димое для окисления всех органических примесеи, содержащихся в единице объема сточной воды.

Объем загрузочного материала V= (La — L)/M, где LanLt— ВПК исходной и очищенной сточной воды, кг/м3; М— окислительная мощность биофильтра — масса кислорода, которая может быть получена в сутки с единицы объема загрузочного материала биофильтра, кг/(м3 • сут).

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту протекающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окислительная мощность аэротенков составляет 0,5... 1,5 кг/м3 в сутки. В зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффективности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой подачей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При ВПК >0,5 кг/м3 используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в начале сооружения (рис. 10.25). Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэраторами. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2...3 кг/м3 по сухому веществу.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в

311

бопровод подвода сжатого воздуха

них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора поступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила. При проектировании окситенков необходимо предусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезопасности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.

10.2.3. Питьевая вода и методы обеспечения ее качества

Качество питьевой воды в настоящее время регламентируется СанПиН 2.1.4.1074—01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Указанный документ регламентирует качественные и количественные санитарно-токсикологические и органолептические показатели воды: максимальное допустимое содержание вредных веществ, мутность, цветность, запах, вкус.

Источниками питьевого водоснабжения могут быть поверхностные и подземные воды. В зависимости от степени загрязненности и качественного состава загрязнений воды в источниках применяют различные способы ее очистки для обеспечения нормативного качества, аналогичные способам, применяемым для очистки сточных вод, а также специальные методы, которые не применяют или применяют крайне редко при очистке сточных вод. К таким специальным методам относят прежде всего методы обеззараживания воды от болезнетворных бактерий, методы сорбционной очистки, опреснение и обессоливание воды и ряд методов удаления из воды наиболее характерных примесей, например железа, марганца, диоксинов, галогенорганических соединений.

312

Методы обеззараживания воды. Наиболее распространенным методом является обработка воды хлором (хлорирование воды). Хлор обладает широким спектром антимикробного действия. Для хлорирования применяют либо газообразный хлор, который подается в обеззараживаемую воду, либо твердые хлорсодержащие вещества, например гипохлорит натрия. Хотя хлорирование воды наиболее распространенный и дешевый способ ее обеззараживания, он обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, хлор — сильное вещество и его хранение в больших количествах в газообразном или сжиженном виде на станциях подготовки питьевой воды представляет серьезную опасность и требует особых мер обеспечения безопасности. Во-вто- рых, избыточный хлор, введенный в воду, в свободном состоянии сам представляет серьезную опасность для человека. Он также может вступать в реакцию с оставшимися в воде микропримесями органических соединений с образованием крайне токсичных веществ, например хлороформа, который обладает канцерогенным действием. Подобные реакции ускоряют при нагреве и кипячении воды, поэтому перехлорирование воды представляет опасность, для уменьшения которой необходимо перед кипячением отстаивать воду в приоткрытой емкости для удаления растворенного в ней избыточного хлора.

Другим, более распространенным и прогрессивным методом обеззараживания воды является озонирование. Применение озона в качестве дезинфеканта воды лишено недостатков, связанных с использованием хлора. Кроме обеззараживания, озон устраняет запахи, обесцвечивает воду и улучшает ее вкусовые качества. Введение озона в воду не изменяет ее минеральный состав, щелочность, содержание свободной углекислоты. Такое действие озона связано с его исключительно высоким окислительным потенциалом. Переозонирование воды, в отличие от перехлорирования, не представляет опасности, так как озон нестабилен и быстро распадается с образованием кислорода, повышенное содержание которого в воде полезно. Однако в последние годы отмечены недостатки озонирования, связанные с тем, что при содержании в воде ионов брома он может окисляться озоном с образованием окислов брома (бромат-ионов), которые токсичны. Поэтому в настоящее время для избежания образования броматов вводят более жесткие технологические режимы озонирования. Озонирование — более дорогой метод обеззараживания воды, но более эффективный. Для его осуществления необходимы на станциях водоподготовки озонаторные установки, в которых озон получают путем расщепления молекулы кислорода под действием высоковольтных

313

электрических разрядов (подобно тому, как воздух атмосферы озонируется под действием разрядов молнии).

Наряду с указанными выше реагентными методами все большее распространение получают безреагентные методы, например, обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением. Бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200—295 нм, которое приводит к уничтожению бактерий, вирусов, водорослей и других микроорганизмов, присутствующих в воде. В отличие от хлорирования и озонирования ультрафиолетовое излучение не обладает побочными вредными эффектами, связанными с возможным изменением химического состава и появлением токсичных веществ. Основное требование при УФ-обработке — прозрачность воды, которая не является существенным ограничением в системе водоподготовки, так как устранение мутности воды обычно достигается

впредварительных ступенях ее обработки.

Кбезреагентным методам относят термическую обработку (5— 10-минутное кипячение, широко используемое в быту), обработку

ионизирующими облучениями (рентгеновское облучение), токами высокой частоты.

Сорбционная очистка питьевой воды. Сорбционная очистка — улавливание загрязнений поверхностью высокопористого твердого материала. Наиболее распространенным адсорбентом являются активированные угли или активированные древесные угли (АУ). Кроме улавливания вредных примесей, с высокой эффективностью АУ дехлорируют воду.

Опреснение и обессоливание воды применяют для удаления из воды солей, например, при опреснении морской воды. Наиболее распространенными методами являются дистилляция, обратный осмос, электродиализ и ионный обмен, описанный выше.

Дистилляция основана на нагреве воды, ее испарении и последующей конденсации паров. В образующемся конденсате практически отсутствуют растворенные соли.

Обратный осмос — процесс обратный прямому осмосу — заключается в том, что если разделить закрытый сосуд полупроницаемой мембраной из специального материала (например, ацетатцеллюлозы) на две части, в одной из которой будут находиться растворы солей с различной концентрацией, то начинается процесс выравнивания концентрации, заключающийся в диффузии растворителя через мембрану менее концентрированного раствора в более концентрированный. При этом повышается давление в части сосуда с более концентрированным раствором. Процесс диффузии продолжается до тех

314

пор, пока давление не компенсирует диффузионный напор. Такое давление называют осмотическим давлением. Например, для сочетания морская вода и дистиллированная вода осмотическое давление может достигать 25 • 105 Па. Если в части сосуда с более высокой концентрацией соли создать давление, превышающее осмотическое, то начинается процесс диффузии растворителя из концентрированного раствора в чистый (явление обратного осмоса). При этом чистая вода проникает через мембрану, а соли остаются в растворе в концентрированном виде. На этом процессе основаны аппараты обратного осмоса.

Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки воды используют электрохимически активные ионитовые мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из размельченной в порошок ионообменной смолы. В зависимости от того, из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны. Первые способны пропускать лишь катионы вредных примесей, а вторые — анионы.

Водоподготовку осуществляют на централизованных станциях, на которых приводят последовательную очистку воды в аппаратах различных типов в зависимости от состава загрязнения источника водоснабжения. При отсутствии системы централизованного водоснабжения применяют компактные модульные установки, рассчитанные на меньшую производительность и использующие указанные методы очистки.

В быту используют малогабаритные очистные аппараты для доочистки воды после водоподготовки на централизованных системах водоснабжения. Такая доочистка является крайне желательной, так как централизованные системы водоподготовки могут иметь недостатки, а вода после них при подаче к потребителю может повторно загрязняться окалиной, тяжелыми металлами. Особенно это характерно при подаче воды по старым изношенным водоводам.

Бытовые фильтры имеют различное устройство, в зависимости от которого удаляют нерастворимые соединения (песок, коллоиды, частицы ржавчины и т. д.), растворенное и нерастворенное железо, марганец, сероводород. Сорбционные фильтры служат для удаления остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений, улучшения органолептических показателей. Существуют также ультрафиолетовые стерилизаторы; обратноосмотические, ионообменные и электрохимические фильтры.

315

10.3.ЗАЩИТА ЗЕМЕЛЬ

10.3.1.Обращение с отходами

Радикальное решение проблемы защиты земель от отходов возможно при разработке новых технологий и малоотходных производств. Для обобщения особенностей малоотходного производства можно выделить ряд взаимосвязанных принципов, лежащих в его основе.

Ключевым в этом ряду является принцип системности (рис. 10.26, а). В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс или производство рассматриваются как элемент более сложной индустриальной системы. Так, например, отходы нефтехимии — шламы, теплоэнергетики — золошлаковая смесь, химической промышлен-

а Отходы

Отходы

б

«п» раз

Рис. 10.26. Принципы малоотходных технологий:

а — системности; б — комплексности; в — цикличности. Увеличение числа «п» ведет к суще-

ственному снижению отходов

316

ности — отсев извести используются для получения цемента, при этом возникающие отходы используются в промышленности строительных материалов, а отходы последней — в сельскохозяйственной отрасли и т. д.

Другой важнейший принцип — принцип комплексности использования сырьевых ресурсов (см. рис. 10.26, б). Практически все используемое сырье многокомпонентно, и в среднем на 1/3 его стоимости составляют сопутствующие элементы. Так, уже в настоящее время практически все серебро, висмут, платину, более 20 % золота и около 30 % серы получают «попутно» при переработке комплексных руд. Повышение комплексности использования ресурсов, например, в лесопромышленном производстве, имеет не только экологическое, но и важное экономическое значение.

Третьим принципом создания малоотходного производства является принцип цикличности материальных потоков (рециклинг) (см. рис. 10.26, в), где важную роль играют замкнутые водооборотные циклы, рециркуляция газовых потоков, утилизация твердых отходов. Во всем мире это направление приобретает весьма важное значение. Уже сейчас технически возможно использовать 2/3 образующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в 4 раза меньше, чем первичного. Эколого-экономиче- ский эффект использования вторичного сырья на примере трех распространенных видов отходов представлен в табл. 10.6.

В нашей стране за счет использования вторичного сырья производится 30 % стали, 25 % бумаги, 20 % цветных металлов. Однако существуют пределы в утилизации отходов. По мере увеличения доли вторичного сырья, в материальных циклах идет накопление примесного вещества. Например, в стали, выплавленной из металлолома, накап-

317

Объект размещения отходов — специально оборудованное сооружение, предназначенное для временного или постоянного размещения отходов (полигон, шламохранилище, отвал горных пород и др.).

Лимит на размещение отходов — предельно допустимое количество отходов конкретного вида, которое разрешается размещать определенным способом на установленный срок с учетом экологической обстановки на данной территории (аналог ПДВ и ПДС).

Норматив образования отходов — установленное количество отходов конкретного вида при производстве единицы продукции (рассчитывается с учетом типа технологии и коэффициента использования материалов).

Паспорт опасных отходов — документ, удостоверяющий принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасности, содержащий сведения об их составе.

Промышленные отходы (ПО) классифицируются по агрегатному состоянию: твердые (строительный мусор, пустая горная порода, шлак, зола, металлы, пластмассы, резина и т. п.); пастообразные (шламы очистных сооружений сточных вод, краски, смолы, загущенные нефтепродукты) и жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости, растворители, отходы гальванопроизводства и т. п.). Их разделяют на два вида: нетоксичные (неопасные, нейтральные для окружающей среды и человека) и токсичные.

В соответствии с Санитарными правилами «Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов» (1985) токсичные промышленные отходы подразделяют на четыре класса: I класс — чрезвычайно опасные (наличие в отходах ртути, хромовокислого калия, оксида мышьяка и других токсичных веществ); И класс — высокоопасные (наличие хлористой меди и никеля, азотокислого свинца, сурьмы и др.); III класс — умеренно опасные (наличие, например, сернокислой меди, оксида свинца, четыреххлористого углерода); IV класс — малоопасные.

Класс опасности промышленных отходов определяется природопользователем расчетным путем по нормативному документу «Методические рекомендации и порядок определения класса опасности отходов» (1996).

Природопользователь, кроме того, обязан организовать сбор, временное хранение токсичных отходов на территории предприятия, рассчитать норматив образования отходов, согласовать лимит на размещение отходов с территориальными органами Госсанэпидемнадзора и составить паспорт опасных отходов.

Нетоксичные ПО используются для засыпки оврагов, в качестве изолирующего материала на свалках бытовых отходов, при строи-

319

тельстве дорог и дамб. Часть токсичных отходов, слаборастворимых в воде, III и ГУ классов опасности допускается для совместного складирования и сжигания с твердыми бытовыми отходами при условии соблюдения санитарно-гигиенических требований.

Основная номенклатура токсичных ПО в соответствии со СНиП 2.01.28—85 должна подвергаться обработке на специальном региональном полигоне. Полигон является природоохранным объектом, включающим:

—завод по обезвреживанию и утилизации токсичных ПО;

—гараж специализированного автотранспорта;

—участок захоронения неутилизируемых токсичных отходов;

—сооружения очистки поверхностных вод, хозяйственно-быто- вой канализации и дренажа.

На полигоне осуществляют сбор токсичных ПО на предприятиях, их транспортировку, прием, учет, обезвреживание и захоронение.

Статистика промышленных стран Европы показала, что подавляющее количество токсичных ПО (до 80 %) органического происхождения. По физическому состоянию и теплотворной способности отходы бывают:

Наиболее распространенными методами обезвреживания токсичных промышленных отходов в настоящее время являются:

—для отходов органического происхождения — сжигание при высоких температурах —900 1100°С (при наличии галогенсодержащих соединений до 1200 1400°С). При этом методе большая часть всех токсичных отходов обезвреживается, а объем несгоревших остатков может быть доведен до 10 % первоначального объема;

—для неорганических веществ — физико-химическая обработка в несколько стадий, которая приводит к образованию безвредных, нерастворимых в воде соединений.

Типичная установка для сжигания неутилизируемых токсичных органических отходов представлена на рис. 10.28. Вращающийся барабан печи является основным элементом установки для сжигания отходов. Загрузка печи твердыми отходами осуществляется мостовым краном с грейфером, пастообразные отходы в бочках подаются при

320