УМП ЭКОЛОГИЯ

компостирование с получением азотного удобрения или биотоплива;

сжигание отходов на мусоросжигающих заводах;

ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков;

предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов из отходов;

пиролиз ТБО – высокотемпературный (около 1700 °С) нагрев без доступа воздуха.

Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» в ст. 12 установил требования к объектам размещения отходов. Создание таких объектов – специально оборудованных сооружений (полигонов, шламохранилищ, отвалов горных пород и др.), допускается на основании разрешений, выданных специально уполномоченными Федеральными органами исполнительной власти. При этом определение места строительства объектов размещения отходов осуществляется на основе геологических, гидрогеологических и иных исследований и при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.

В целях снижения загрязнения окружающей природной среды вместо неконтролируемых свалок строят полигоны для твердых отходов, которые эксплуатируются во многих городах России. Для них обычно выбирают место в глинистом грунте, в котором можно складировать отходы в течение 20 – 25 лет и более. Основание выбранной площадки делают в виде большого корыта глубиной 1,5 м и более для скапливания в нем фильтрата. Если глинистого грунта нет и основание для полигона приходится делать в водопроницаемых грунтах, дно корыта выстилают слоем привозной глины толщиной 0,5 м.

В течение суток вывозят отходы на одну площадку полигона и уплотняют бульдозерами послойно до двухметровой высоты. На следующий день отходы вывозят на другую площадку, а предыдущую укрывают изолирующим слоем грунта толщиной 0,25 м. Такая изоляция и последующее уплотнение грунта препятствуют загрязнению воздушной среды, а также распространению насекомых и грызунов.

В целях снижения площади полигон загружают послойно до высоты 60 м и более. После заполнения полигона поверхность последнего покрывают растительным грунтом.

Для размещения полигонов ТБО часто используют овраги и другие неудобные для сельского хозяйства земли. После полной загрузки полигона и покрытия растительным грунтом поверхность его можно использовать для устройства парков, садов, игровых площадок и других целей.

Рассмотрим проблемы, связанные с захоронением ТБО в так называемых могильниках. В их число входят: вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод; образование метана; просадка грунта.

Наиболее серьезной из перечисленных является первая проблема. По мере просачивания воды сквозь любой материал в ней растворяются и с ней

161

выносятся различные химические вещества. Такая вода, проходя через отходы, образует особенно ядовитый фильтрат: в нем наряду с остатками разлагающейся органики присутствуют железо, ртуть, свинец, цинк и другие металлы из ржавых консервных банок, негодных батареек и электроприборов, а также красители, пестициды, моющие средства и другие химикаты. Этот ядовитый раствор поступает в подземные водоносные горизонты, и оттуда вредные вещества могут попасть и в питьевые воды.

Образование метана – это вторая проблема. Так как у захороненного мусора практически нет доступа к кислороду, его разложение идет анаэробно, при этом образуется легковоспламеняющийся метан. Он может распространяться в земле горизонтально, проникать в подвалы зданий, накапливаться там и взрываться при искрении или зажигании. Кроме того, метан способен распространяться вверх, при этом отравляя корни и губя растительность, а также вызывая эрозию почвы. В ряде городов указанную проблему решают путем устройства на месте свалок «газовых скважин», перехватывающих образующийся метан, который можно впоследствии использовать как топливо или для других целей.

Наконец с течением времени по мере разложения отходы проседают. При этом образуются неглубокие впадины, в них скапливается вода и весь участок впоследствии превращается в болото с ядовитой водой.

Для периодического контроля за качеством грунтовых вод по периметру свалки устраиваются так называемые мониторинговые колодцы.

6 Компостирование твердых отходов. Сжигание твердых отходов. Получение биогаза

Компостами называют органические удобрения, получаемые в результате разложения растительных и животных остатков микроорганизмами. Для их приготовления используют навоз, навозную жижу и помет птиц в смеси с различными видами торфов, городской мусор, опавшие листья деревьев, солому и другое. При компостировании в органической массе повышается содержание питательных веществ (азота, фосфора) в усвояемой растениями форме, обезвреживается патогенная микрофлора, уменьшается количество целлюлозы и пектиновых веществ; удобрения становятся сыпучими, что облегчает их внесение в почву. Разные по составу и способу приготовления компосты применяют под многие культуры, выращиваемые на различных почвах, кроме торфяно-болотных. Компосты часто используют вместо остродефицитных органических удобрений (навоз, торф).

В специальных компостных установках процесс разложения целенаправленно регулируется: создается температура до 70 0С, при которой погибают микробы и семена сорных растений. Ныне признается, что компостирование – вполне рациональный способ ликвидации определенных

162

отходов, почти не оказывающий вредного воздействия на окружающую среду. Однако при переработке отходов, содержащих металлы, последние могут накапливаться в компосте в больших количествах. Во избежание загрязнения компоста тяжелыми металлами последние стараются заблаговременно удалить.

В настоящее время наиболее совершенным считается непрерывный процесс компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся наклонном барабане. Туда поступает частично освобожденный (при помощи магнитов или вручную) от металлического лома мусор. Для его окисления в барабан вентилятором подается горячий воздух. Отходы находятся в барабане около трех суток. Процесс протекает с выделением тепла, вследствие чего компостируемая масса обезвреживается, а бумажная масса и пищевые отходы измельчаются в частицы размером 1 – 2 мм. После дополнительной сепарации металла мусор попадает на грохот для отделения некомпостируемых отходов: резины, кожи, дерева, цветного металла и полимерных металлов. Далее компостируемый материал из грохота поступает в измельчитель, после чего компост может быть использован в сельском хозяйстве.

Признается целесообразным осуществлять совместное обезвреживание и переработку ТБО и осадка сточных вод. Такая технология способствует насыщению компоста разнообразной полезной для почвы микрофлорой и микроэлементами и позволяет поддерживать биотермический процесс в оптимальном режиме. При этом гибнет большинство болезнетворных микроорганизмов, яйца гельминтов, личинки мух.

Однако при сжигании мусора с самым разнообразным сочетанием компонентов образуется огромное количество вредных продуктов, содержащих такие опасные вещества, как диоксины, фосген, синильная кислота и другие, а также золы и шлаки неизвестного состава и с непредсказуемыми свойствами.

Получение биогаза. Такие органические отходы, как навоз, остатки ботвы, сорняки, опилки и многие другие, могут стать источником дешевой и возобновляемой энергии. Для этого необходимо получить так называемый биогаз.

Биогаз производят способом, который называют «метановым сбраживанием» в анаэробных условиях, то есть без доступа воздуха. Этот процесс осуществляется в результате жизнедеятельности двух групп микроорганизмов, которые действуют в два этапа. Вначале в работу включаются кислотообразующие бактерии, расщепляющие сложные органические вещества (белки, жиры и углеводы, содержащиеся в отходах) до более простых. Вследствие их деятельности образуются так называемые первичные продукты брожения – жирные кислоты, спирты, водород, оксид углерода и ряд других веществ. Они служат источником питания для другой группы микробов – метанообразующих бактерий, вступающих в «работу» на второй стадии. Бактерии из этой группы превращают продукты, которые

163

образовались в ходе первого этапа, в метан, диоксид углерода и небольшое количество других соединений.

С целью создания надлежащих условий жизнедеятельности бактерий строят специальные бродильные камеры – биореакторы. В них поддерживают определенный температурный режим, давление, кислотность среды, а также следят за тем, чтобы в реактор не поступал кислород из атмосферы.

Получение биогаза из органических отходов привлекает внимание в связи с энергетическим кризисом. Перспективно получение биогаза при переработке животноводческих стоков.

7 Вторичное сырье. Методы переработки вторичного сырья. Организация безотходных (малоотходных) производств

Отходы производства и потребления – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства и потребления, а также продукции, которая утратила свои потребительские свойства. При этом вредные отходы должны подвергаться нейтрализации, а неиспользуемые считаются отбросами.

С точки зрения эколога отходы производства – это материальные и энергетические загрязнения биосферы, которые можно разделить на три группы, в зависимости от характера их воздействия на биоту:

группа – вещества (индивидуальные или смеси), не утилизируемые живыми организмами, вызывающие их угнетение и гибель при любых, даже очень малых, концентрациях в природных средах (токсичные отходы, ксенобиотики);

группа – вещества, частично утилизируемые живыми организмами биосферы в определенном интервале концентраций, но

вызывающие		угнетение и гибель организмов вне этого	интервала
концентраций (условно нетоксичные отходы);
	группа – энергетические отходы, вызывающие		изменение

физических параметров среды обитания или непосредственно воздействующие на живые организмы.

Применение традиционных технологий переработки сырья, в результате которых образуются разнообразные отходы, предусматривающих последующие очистку отходящих газов и сточных вод и утилизацию твердых отходов, крайне неэффективно не только с точки зрения экологии, но и экономики. Очистные сооружения очень дороги, их работа требует огромных затрат энергии и реагентов. На некоторых производствах последние достигают 20 – 40 % суммарных капиталовложений, а расходы на обезвреживание и переработку отходов составляют 8 – 10 % стоимости производимой продукции.

164

Отсюда вытекает необходимость реализации принципиально нового подхода к развитию промышленных производств. Этот подход, получивший не совсем правильное название «безотходная технология», основой которого является цикличность материальных потоков.

Безотходная технология – это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы, производство, потребление и вторичные сырьевые ресурсы. Таким образом, любое воздействие на окружающую среду не нарушает ее нормального функционирования.

Действительно, в природных условиях отходы жизнедеятельности одних организмов используются другими, и в целом осуществляется биохимический круговорот веществ.

Концепция безотходного производства включает несколько положений.

Во-первых, ресурсы необходимо использовать в таком цикле, который включал бы не только сферу промышленного производства, но и сферу потребления. Замкнутым такой цикл может быть только на уровне промышленного региона или территориально-производственного комплекса. Следовательно, необходимо в рамках этого региона или комплекса найти потребителей отходов, производимых предприятиями. Во-вторых, должно быть обязательное использование в производстве всех компонентов сырья и сведение до минимума нерациональных энергозатрат. В-третьих, составной частью концепции безотходного производства является сохранение сложившегося экологического равновесия, иначе говоря, сохранение нормального функционирования окружающей природной среды, при котором оно не оказывает отрицательного воздействия на среду обитания человека, его здоровье. Напомним при этом, что критерием качества окружающей среды ныне являются предельно-допустимые концентрации (ПДК) и рассчитанные на их основе предельно-допустимые выбросы (ПДВ) и сбросы (ПДС).

Таким образом, понятие «безотходная технология» есть не только чисто технологический процесс, в широком смысле это и совокупность организационных и управленческих мероприятий, проектных и научноисследовательских работ. Оно обязательно должно охватывать и сферу потребления продукции, которая после утраты своих потребительских свойств (например, изношенные автопокрышки) могла бы быть возвращена в производство или, в крайнем случае, переведена в экологически безопасную форму.

Вполне очевидно, что создание безотходных производств – длительный и дорогостоящий процесс. Поэтому в качестве промежуточного этапа выступает малоотходное производство, при котором его отрицательное воздействие на природную среду не выходит за уровень, допускаемый санитарно-гигиеническими нормами. При этом если образуются

165

неутилизируемые отходы, они направляются на длительное экологически безопасное хранение или захоронение.

Под малоотходным производством понимается такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня допустимого санитарно-гигиеническим нормами при этом по технологическим, организационным, экономическим и другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы, которые направляются на длительное хранение или захоронение.

Основные принципы создания малоотходного производства:

цикличность и многоразовость использования сырья;

максимальное потребление большинства сырья и потенциала энергетических ресурсов;

соблюдение предприятием требований по предупреждению дополнительной экологической нагрузки и предельно допустимых концентраций.

2.6.2 Рекомендуемая литература

1. Николайкин Н. И. Экология : учебник для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелихова. − 4-е изд. испр. и доп.

М. : Дрофа, 2005. − 622 с.

2.	Степановских	А. С. Экология : учебник	для	вузов /
А. С. Степановских. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2003. − 703 с.
3.	Экология : учеб. пособие для вузов / под ред. В. В. Денисова –
изд. 3-е, испр. и доп. − М. : МАРТ, 2006. – 768 с.
4.	Экология и	безопасность жизнедеятельности	/	под ред.
Л. А. Муравья. − М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 447 с.

5.Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды

вРоссии : учеб. и справочное пособие / В. Ф. Протасов. – 2-е изд. – М. : Финансы и статистика, 2000. – 672 с.

6.Фомичева Е. В. Экономика природопользования : учебник / Е. В. Фомичева. – М. : Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко»,

2004. – 396 с.

2.6.3 Вопросы для самопроверки

1.Какой принцип действует при очистке газов от пылей в пылеосадительной камере? В циклоне?

2.Перечислите основные адсорбенты.

3.От каких факторов зависит рассеивание атмотехногенных

примесей?

4.Какие процессы определяют степень самоочищения атмосферы?

166

5.Какова роль подстилающей поверхности в процессах самоочищения атмосферы?

6.Влияние атмосферного загрязнения на геохимию почвы, гидросферы и объектов биосферы.

7.Дайте определение ПДВ, единицы измерения ПДВ и приземных концентраций.

8.Дайте определение «фонового загрязнения атмосферы». По каким вредным веществам оно определяется?

9.Дайте определение понятию санитарно-защитная зона предприятия.

10.Перечислите технологические, архитектурно-планировочные и санитарно-технические мероприятия по охране атмосферы от загрязнения вредными веществами.

2.6.4 Практические задания

Задание 1. Представьте схему и объясните принципы работы аппаратов для очистки газов от вредных примесей:

пылеосадительная камера;

циклон;

полый форсуночный скруббер;

скруббер Вентури;

барботажно-пенный пылеулавитель.

Задание 2. Объясните.

1.Каталитический метод очистки отходящих газов.

2.Термический метод очистки отходящих газов.

3.Принцип работы абсорбера.

4.Принцип работы адсорбера.

5.Принцип работы биофильтра.

6.Принцип работы электрофильтра.

Задание 3. Дополните предложения.

1.Для очистки отходящих газов от пыли используют __________.

2.Адсорбция отходящих газов основана на извлечении загрязняющих веществ с помощью __________.

3.Каталитический метод основан на превращении вредных компонентов промышленных выбросов в менее вредные или безвредные вещества в присутствии __________.

4.Для осуществления дожигания необходимо поддержание высокой температуры очищаемого газа и наличие достаточного количества

__________.

167

5.Процесс __________ состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред.

6.Аппарат, принцип работы которого основан на способности микроорганизмов разрушать практически любые соединения природного и искусственного происхождения, называется __________.

7.В качестве адсорбента используют __________.

8.Метод очистки отходящих газов, основанный на селективном поглощении вредных газов и паров твердыми материалами, имеющими развитую микропористую структуру, называется _________.

9.В качестве абсорбента используют __________.

10.Аппарат мокрой очистки отходящих газов, работа которого основана на осаждении частиц пыли на поверхность капель, называется

__________.

11.Газовый поток вводится в __________ через входной патрубок и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру.

12.Механическая очистка сточных вод реализуется с помощью

__________.

13.При отстаивании из сточной воды выделяются __________.

14.Процеживание реализуют с помощью __________.

15.Для очистки сточных вод фильтрованием применяют 2 типа фильтров: __________ и __________.

16.Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в __________.

17.Для очистки сточных вод от частиц металла и песка с размером более 0,25 мм используют __________.

Задание 4. Объясните принципы работы химических, физикохимических и биологических методов очистки сточных вод:

а)	нейтрализация;
б)	окисление-восстановление;
в)	экстракия;
г)	флотация;
д)	флокуляция;
е)	коагуляция;
ж)	адсорбция;
з)	эвапорация;
и)	гиперфильтрация;
к)	поля орошения;
л)	поля фильтрации;
м)	биологические пруды;
н)	аэротенки;
о)	биофильтры;
п)	окситенки.
	168

Задание 5. Дайте определения.

а)	отходы производства и потребления;
б)	неконтролируемые свалки;
в)	полигон;
г)	компост;
д)	биогаз;
е)	безотходная технология;
ж)	малоотходная технология

Задание 6. Ответьте на вопросы.

1.Основные источники образования отходов.

2.Условия транспортирования опасных отходов.

3.Устройство полигонов для складирования ТБО.

4.Проблемы, связанные с захоронением ТБО.

5.Этапы компостирования отходов.

6.Сжигание твердых отходов.

7.Этапы получения биогаза.

8.Малоотходные и безотходные технологии. Принципы создания.

Задание 7. Расчет рассеивания в атмосфере примесей антропогенного происхождения

Цель работы: научиться рассчитывать параметры рассеивания антропогенных примесей в атмосфере, чтобы на их основе устанавливать предельно-допустимые выбросы для каждого источника загрязнения и размеры санитарно-защитной зоны предприятий (задания в Приложении В, пример расчета в Приложении Г).

Общие положения. Загрязняющие вещества в атмосферу поступают от разнообразных источников антропогенного и естественного происхождения. Основными антропогенными источниками являются выбросы промышленных предприятий, выхлопные газы автотранспорта, продукты сжигания топлива. К наиболее распространенным естественным источникам относятся окислительно-восстановительные процессы с участием микроорганизмов, вулканическая деятельность, лесные пожары и химические реакции, протекающие под действием УФ радиации и приводящие к вторичному загрязнению атмосферы (природные смоги), а также процессы выветривания почвы и горных пород, разбрызгивание морской воды.

Как правило, уровень загрязнения атмосферного воздуха определяется совместным действием природных и антропогенных источников, что существенно осложняет не только интерпретацию результатов измерений концентрации загрязняющих веществ с целью выделения источника загрязнения, но и разработку методов и средств контроля атмосферного воздуха.

169

Врезультате интенсивного развития промышленности и автотранспорта в последние десятилетия в атмосферу в большом количестве стали поступать такие вещества антропогенного происхождения, как бенз(а)пирен, фреоны, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксид азота.

Методика расчета рассеивания вредных веществ в атмосфере, содержащихся в выбросах, основана на закономерностях диффузии газов и аэрозолей в приземном слое атмосферы и позволяет рассчитывать концентрации (мг/м3) вредного вещества в приземном слое атмосферы на расстоянии до 2 км от источника выбросов.

ВРоссии исходя из гигиенических требований разработанные нормативы предельно-допустимых концентраций в воздухе населенных пунктов. Нормативы охватывают более 2500 различных веществ по содержанию в продуктах питания, почве, воде, воздухе.

ГОСТ 17.2.3.02-78 определяет, что предельно-допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, а также растительного и животного мира.

Значения ПДВ устанавливаются во всех видах проектной документации на строительство новых и реконструкцию существующих предприятий. ПДВ устанавливается для строящихся и действующих предприятий.

Значения ПДВ определяются по единой для всей страны «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)», утвержденных Госкомгидрометом СССР и согласованных с Госстроем СССР и Минздравом

СССР в 1986 году.

Если на участке допустимого выброса (ПДВ) вредных веществ при строительстве (реконструкции) предприятия сумма фонового загрязнения атмосферы и приземных концентраций, создаваемых выбросами данного

предприятия, выше ПДКм.р. – строительство (реконструкция) не разрешается органами экологической и санитарной инспекций. Чем сильнее фоновое загрязнение воздуха на участке строительства, тем меньше величина ПДВ

для проектируемого предприятия. Если Сф ПДКм.р. – строительство (реконструкция) не разрешается.

Поэтому технологи и проектанты стремятся использовать в проекте предприятия малоотходные, экологически безопасные технологии и оборудование, обеспечивающее минимальную величину выброса вредных веществ (г/с). Уменьшить величину выброса можно также путем улавливания вредных веществ в устье источника выбросов пылегазоочистными аппаратами. Уменьшить величины приземных концентраций можно путем

170