Экология. Часть II

Вертикальный отстойник – высота 6-7 м, эффективность – порядка 40 % (рис. 9).

Рис. 9. Схема вертикального отстойника

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95 % и растворимых до 25 %.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется

коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т. д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

101

Для повышения эффективности очистки используют коагулянты и флокулянты.

Вкачестве коагулянтов используют соли железа, алюминия: железный купорос FeSO4È7H2O; сернокислый алюминий Al2(SO4)3È18H2O; хлорное железо FeCl3È6H2O.

Вкачестве щелочных реагентов обычно используют известь

ввиде известкового молока, соду Na2CO3. Эффективность отстойников с использованием коагулянтов достигает 98-99 %.

Вкачестве флокулянтов используют полиакриламид, активную кремниевую кислоту. Перед употреблением флокулянт замачивают в горячей воде, он в ней набухает, после этого его добавляют в отстойник.

Среди методов очистки сточных вод большая роль принадлежит биологическому методу, основанный на биологическом окислении органических и некоторых неорганических веществ в результате деятельности микроорганизмов, использующих примеси сточных вод как питательный субстрат, подвергая их биохимическим превращениям, образуя при этом относительно безвредные продукты окисления – воду, диоксид углерода, нитрат- и сульфат-ионы.

Существует два основных приема биологической очистки сточных вод – аэробный – при непрерывном притоке кислорода воздуха и анаэробный – в отсутствие кислорода.

Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: метантенки, биофильтры, биологические пруды, аэротенки.

Метантенк (метанреактор) представляет собой реактор с частично неподвижным слоем, который оборудован дополнительным внешним отстойником со скребком для обратной подачи анаэробного ила в метанреактор. На рис. 10 представлены про-

мышленные очистные сооружения. Промышленный метанреактор имеет объем около 1000 м3.

102

Рис. 10. Анаэробные очистные сооружении для химической промышленности

Метанреактор представляет собой бродильную камеру, в которой создаются оптимальные условия для анаэробного разложения органического вещества сточных вод. Сооружение подогревается водой или паром. Процессы брожения в метантенках осуществляются в мезофильных (30-35 ÇС) и термофильных

(50-55 ÇС) условиях. Термофильное брожение приводит к гибели патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов, содержащихся в осадке сточных вод.

При брожении в метантенке образуется газ, состоящий на 70 % из метана и на 30 % из углекислого газа. Сброженный осадок содержит около 12 % гуминовых кислот, 3 % общего азота, 3,8 % фосфорной кислоты, соединения калия, кальция и может использоваться как удобрение для сельскохозяйственных полей.

Для накопления и усреднения залповых сбросов сточных вод используется усреднитель. За метанреактором следует один из аэробных реакторов биологической очистки (рис. 11).

103

Рис. 11. Биологические анаэробно-аэробные очистные сооружения на одном из заводов

по производству жевательной резинки

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

Биологические пруды часто используются для доочистки сточных вод в комплексе с другими очистными сооружениями. Пруды представляют собой каскад неглубоких (до 1 м) искусственных водоемов с естественной или принудительной аэрацией, через которые с малой скоростью протекает очищаемая вода. В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем. Органические примеси окисляются с помощью бактерий, а продукты распада усваиваются водными организмами – микроводорослями, водными растениями.

Аэротенки – огромные резервуары из железобетона с непрерывно протекающей сточной водой (рис. 12). Здесь очищающее начало – активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком пода-

104

ваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, поедая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. В аэротенк непрерывно подается и равномерно распределяется воздух.

Рис. 12. Аэротенк с активным илом

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.).

Биологический метод дает хорошие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлознобумажной промышленности, химической промышленности.

Недостаток метода – малая скорость биологических окислительных процессов, для завершения которых необходимы большие объемы очистных сооружений.

105

3.3. Защита окружающей среды от твердых отходов

3.3.1. Понятие отходов

Значительной экологической проблемой современного мира является образование отходов производства и потребления.

Отходами называют остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства. Отходы могут (или не могут) быть реально или потенциально использованы в других (отличных от источника образования) отраслях деятельности человека или в ходе регенерации. В этом главное принципиальное отличие в путях обращения с отходами. Отходы, которые не могут быть даже потенциально использованы, должны быть захоронены, а если они являются вредными для человека, других живых организмов и в целом для окружающей среды, то предварительно их необходимо обезвредить (нейтрализовать). Неиспользуемые отходы иногда именуют отбросами.

Принята следующая классификация отходов:

–отходы производства (техногенные отходы),

–отходы потребления (антропогенные отходы),

–опасные отходы.

По физическому состоянию отходы бывают твердыми, жидкими и газообразными.

Отходы производства – остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства продукции и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, а также сопутствующие вещества, образующиеся в процессе производства и не находящие применения в этом производстве.

Отходы потребления – изделия и материалы, утратившие свои потребительские качества вследствие физического либо морального их износа.

Опасные отходы – отходы, содержащие вредные вещества, которые обладают опасными свойствами (токсичностью, пожаровзрывоопасностью, высокой радиационной активностью) или содержат возбудителей инфекционных болезней.

106

Отходы производства по степени воздействия на организм человека делят на 4 класса опасности: 1-й класс – чрезвычайно опасные, 2-й класс – высокоопасные, 3-й класс – умеренно опасные, 4-й класс – малоопасные.

Отходы производства и потребления поступают в окружающую среду в больших количествах. В общей сложности в РФ ежегодно образуется около 7 млрд. т отходов, из которых 1 млрд. т – опасные отходы, при этом используется 2 млрд. т (28 %). В среднем на каждого жителя РФ вырабатывается (накапливается) до 15 т различных твердых отходов в год. Такой темп роста накопления твердых отходов объясняется невысокой степенью их утилизации. Так, степень утилизации инертных отходов, к которым относятся вскрышные породы, зола, отдельные виды строительных отходов, составляет примерно 25-30 %. Степень утилизации опасных отходов еще ниже и составляет менее 20 %. Из общего объема используемых отходов около 80 % – вскрышные породы и отходы обогащения – направляются на закладку выработанного пространства шахт и карьеров, 2 % используется в качестве топлива и минеральных удобрений и лишь 18 %, или 360 млн. т используются в качестве вторичного сырья (из них 200 млн. т – в стройиндустрии). На территории нашей страны в отвалах и в хранилищах накоплено более 80 млрд. т твердых отходов, при этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель.

В результате помимо ежегодного прирастания объема непереработанных отходов, в том числе токсичных, во всем мире существуют и старые захоронения (свалки), количество которых в промышленно развитых странах исчисляется десятками и сотнями тысяч. Для их переработки потребуются затраты в десятки и сотни миллиардов долларов в год на протяжении десятилетий.

3.3.2. Утилизация твердых бытовых отходов

Доля бытовых отходов в странах Европы достигает 6 % от общего объема отходов, что вдвое больше аналогичного показателя для России (3 %).

В состав ТБО в основном входят бумага, картон (37 %), кухонные отходы (30,6 %), дерево (1,9 %), кожа и резина (0,5 %),

107

текстиль (5,4 %), искусственные органические материалы, главным образом полиэтилен (5,2 %), кости (1,1 %), металлы (3,8 %), стекло (3,7 %) керамика, камень (0,8 %) и прочие (9,7 %).

Основными способами переработки ТБО являются захоронение и термический метод (сжигание), а также получение биогаза, удобрений или биотоплива.

Главное направление утилизации бытовых отходов в некоторых развитых европейских странах – это сжигание их с предварительной весьма тщательной сортировкой, при которой из отходов изымается максимально возможное количество вторичных ресурсов (сырья). Оставшиеся после сжигания отходы подлежат захоронению на длительное время на специально оборудованных полигонах. Для уничтожения ТБО за рубежом строят мощные мусоросжигательные заводы (до 900 т/сут и более) в целях получения энергии. Часть этих заводов производит электроэнергию, но главным образом вырабатывается пар, который используется на промышленных предприятиях или в жилых домах. Важнейшей отличительной чертой мусоросжигания в европейских странах, США, Японии является высочайшая степень очистки выбросов в атмосферу. В большинстве стран сортировка ТБО не производится. Наша страна не является исключением. Кроме того, в России из-за низкой культуры сбора в ТБО попадают элементы питания (žбатарейки¤), краски, лаки, люминесцентные лампы и многое другое. В последние годы в составе ТБО существенно уменьшилась доля пищевых отходов, кожи, резины, стекла и значительно возросло содержание упаковочных материалов (бумага, картон, полиэтилен). Это значит, что в Россию поступает большое количество отходов, которые могли бы быть захоронены в других странах, где были произведены товары с упаковкой, поступившие в виде импорта.

Сжигание уменьшает объемы отходов почти в 10 раз, дает энергию, но производит золу, которую нужно захоранивать, что также является загрязнением окружающей среды.

Поэтому в мире мусоросжигание и захоронение отходов применяют как дополняющие друг друга способы обращения с отходами.

Полигоны для захоронения ТБО являются строительными сооружениями, которые проектируют и строят как объекты,

108

обеспечивающие инженерную защиту окружающей среды от загрязнений.

Современные полигоны ТБО после рекультивации позволяют возводить на них даже зоны отдыха, как это делается, например, в Барселоне.

Впоследние годы после сортировки во многих странах производится прессование отходов, что резко уменьшает объем ТБО

иповышает вместимость полигонов.

ВРоссии практически не решается проблема переработки ТБО. Под полигоны для размещения ТБО занято около 10 тыс. гектаров земель, не считая бесчисленного количества несанкционированных свалок. Захоронение твердых отходов в поверхностных хранилищах приводит не только к отчуждению больших участков земли, но и к загрязнению поверхностных и подземных вод.

Общая мощность мусороперерабатывающих и мусоросжигающих заводов составляет 3,5 % от общей величины образующихся ТБО.

Всостав бытовых отходов входят пищевые отходы, металлы, бумага, полиэтилен и т. д. Бумага и картон составляют наиболее значительную часть ТБО (до 40 % в развитых странах). Вторая по величине категория ТБО в России – это так называемые органические, в т.ч. пищевые, отходы; металл, стекло и пластик составляют по 7-9 % от общего количества отходов. Примерно по 4 % приходится на дерево, текстиль, резину и т. д.

Пищевые отходы ущерба окружающей среде практически не наносят. Опасность для человека представляют гниющие пищевые отходы – источник болезнетворных микроорганизмов. Пищевые отходы утилизируются различными группами микроорганизмов. Конечные продукты разложения – тела микроорганизмов, углекислый газ и вода, время разложения 1-2 недели. Способ вторичного использования таких отходов – компостирование.

Металлолом. Материал: железо или чугун. Соединения железа ядовиты для многих организмов. Куски металлов травмируют животных. Пути разложения: под действием растворённого в воде или находящегося в воздухе кислорода медленно окисляется до оксида железа. Конечный продукт разложения - порошок ржавчины или растворимые соли железа. Скорость разложения:

109

на поверхности почвы – 1 мм в глубину за 10-20 лет, в пресной воде – 1мм в глубину за 3-5 лет, в солёной воде – 1 мм в глубину за 1-2 года. Способ вторичного использования – переплавка. Наименее опасный способ обезвреживания: вывоз на свалку или захоронение. Продукты, образующиеся при обезвреживании: оксиды или растворимые соли железа.

Стеклотара. Битая стеклотара может вызывать ранения животных. В банках накапливается вода, в которой развиваются личинки кровососущих насекомых. Пути разложения: медленно растрескивается и рассыпается от перепадов температур; стекло постепенно кристаллизуется и рассыпается. Конечный продукт разложения: мелкая стеклянная крошка, по виду неотличимая от песка. Время разложения: на поверхности почвы – несколько сотен лет, в спокойной воде – около 100 лет. Способ вторичного использования – использование по прямому назначению или переплавка. Наименее опасный способ обезвреживания – вывоз на свалку или захоронение.

Изделия из пластмасс препятствует газообмену в почвах и водоёмах. Они часто проглатываются животными, что ведет к их гибели. Пластмассовые отходы медленно окисляются кислородом воздуха, разрушаются под действием солнечных лучей. При разложении пластиковые отходы выделяют ядовитые вещества. Конечные продукты разложения – углекислый газ и вода. Время распада – около 100 лет. Способы вторичного использования – пиролиз, добавка к исходному сырью при производстве пластика.

Батарейки являются наиболее ядовитыми отходами. Материал, из которого они изготовлены, – цинк, уголь, оксид марганца. Пути разложения: окисляются под действием кислорода. Конечный продукт разложения: соли цинка и марганца. Время разложения: на поверхности почвы – около 10 лет, в спокойной воде

– несколько лет, в солёной воде – около года. Способ вторичного использования: цинк можно использовать для получения водорода, оксид марганца – для получения хлора. Наименее опасный способ обезвреживания: вывоз на свалку. Продукты, образующиеся при обезвреживании: соли цинка и марганца.

Традиционно бытовые отходы вывозились на свалки, расположенные вблизи населенных пунктов, и работающие за счет муниципальных бюджетов. Со временем вследствие постоянной уг-

110