Ekologia_UP

200

никают и развиваются международные отношения, регулируемые совокупностью норм международного права, которые опираются на важнейшие общие принципы.

Среди международных объектов охраны ОПС выделяются две категории: 1) не входящие и 2) входящие в юрисдикцию отдельных государств. Первые – это воздушный бассейн, ближний космос, Мировой океан, Антарктида, мигрирующие виды животных. Указанные объекты охраняются и используются

всоответствии с нормами международного экологического права. Те природные объекты, которые не вошли в категорию международных охраняемых объектов, могут при необходимости выступать в качестве объектов международного сотрудничества в области охраны ОПС, рационального природопользования, экологической безопасности.

Охраной окружающей среды занимаются все известные виды международных организаций: специализированные учреждения и органы ООН; межправительственные организации, международные неправительственные организации универсального типа; региональные и субрегиональные органы.

Наибольшее влияние на охрану окружающей среды оказали такие международные форумы, как Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде (1972 г.), и Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-

де-Жанейро, 1992 г.) (КОСР-92), а также «Саммит Тысячелетия», проведенный в Нью-Йорке (сентябрь 2000 г.) и Всемирный саммит, посвященный проблемам глобального развития планеты (2002 г.) и проведенный в Йоханнесбурге (ЮАР).

Биосфера под влиянием разумной человеческой деятельности переходит

вкачественно новое состояние, названное В. И. Вернадским ноосферой.

На конференции ООН по окружающей среде и развитию (1992 г., Рио-де- Жанейро) была отмечена невозможность прогресса развивающихся стран по пути, который прошли развитые страны, так как он приведет к гибели человечества. Была провозглашена необходимость перехода мирового сообщества на путь устойчивого развития, то есть развития общества на базе экологически целесообразного природопользования, обеспечивающего высокое качество жизни для людей целого ряда поколений.

[1, с. 360–369, 599–640; 8, с. 609–625; 10; 11, с. 70–71, 132–138; 13, с. 325–360; 14, с. 108–119; 15, с. 259–307; 16, с. 302–308, 320–325].

201

9 ЭКОЗАЩИТНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

Как ты к земле, так и она к тебе.

Рус. народн. поговорка

9.1 Методы обеспечения чистоты атмосферы

9.1.1 Главные направления обеспечения чистоты атмосферы

Различные мероприятия, направленные на обеспечение чистоты атмосферного воздуха, группируются по четырем направлениям: санитарно-технические, технологические, архитектурно-планиро- вочные и контрольно-запретительные. Наибольший эффект достигается сочетанием всех четырех направлений.

К санитарно-техническим мероприятиям относится использо-

вание сверхвысоких дымовых труб, газо-пылеочистных установок (ГПУ), герметизация технологического и транспортного оборудования и др.

Технологические мероприятия – это новые экологически бо-

лее чистые технологии, технологически более чистое и оптимальное исходное сырье, замкнутые циклы использования пара, воды, энергии и прочих ресурсов, ресурсно-сберегающие технологии и пр.

Архитектурно-планировочные мероприятия проявляются в ра-

циональном размещении предприятий с учетом необходимости защиты окружающей среды от промышленных выбросов. К мерам планировочного характера относятся выбор под застройку хорошо проветриваемых участков, правильное взаиморасположение источников выбросов и жилых зон с учетом направления господствующих ветров и их повторяемости, рациональное расположение производственных цехов и зданий основных и вспомогательных произ-

202

водств, создание санитарно-защитных зон (СЗЗ) между источниками выбросов и жилой застройкой и т. п.

СЗЗ – это зона пространства и растительности, специально выделенная между промышленным предприятием и районом проживания населения. Обеспечивая пространство для безопасного рассеивания вредных выбросов, она должна быть надлежащим образом озеленена и удовлетворять специальным гигиеническим требованиям.

В зависимости от концентрации объектов на данной территории, их мощности, условий эксплуатации, характера и количества выбрасываемых в атмосферу токсических веществ и т.п. для предприятий, производств и иных объектов установлены следующие минимальные размеры СЗЗ: предприятия 1-го класса опасности – 2000 м; 2-го. – 1000 м; 3-го – 500 м; 4-го – 300 м; 5-го – 100 м. Допускается размер СЗЗ 50 м для предприятий пищевой промышленности, общественного питания, зрелищных и культурных объектов.

Функции зеленых насаждений многообразны. Они не только обогащают воздух кислородом, создают благоприятный микроклимат, но и способствуют рассеиванию вредных веществ и поглощают их.

При озеленении территории промышленных предприятий и их СЗЗ, обочин дорог обычно выбирают древесные, кустарниковые, цветочные и газонные растения в зависимости от климатического района, характера производства и эффективности данной породы для очистки воздуха, а также ее устойчивости к вредным газам. Установлено, что наиболее стойкими являются, например, акация белая, атлант высокий, клен яснелистовый.

Эффективность озеленения характеризуют следующие данные: хвоя одного гектара елового леса улавливает 32 т пыли, листва букового леса

– 68 т. На расстоянии 500 м от предприятия при отсутствии озеленения загрязнение воздуха диоксидом серы, сероводородом и диоксидом азота в 2 раза ниже, чем непосредственно у источника загрязнения, а при наличии озеленения ниже в 3–4 раза.

Контрольно-запретительные мероприятия предусматривают запрещение производства токсичных веществ, использование лимитов на выбросы вредных веществ в атмосферу на основе данных о ПДК, ПДВ для каждого предприятия, применение автоматизированных способов контроля за качеством состояния воздушного бассейна и т. п.

203

9.1.2 Очистка воздушных выбросов от газо- и парообразных загрязнений

Газо- и пароочистные установки позволяют обезвредить технологические и вентиляционные выбросы без или с последующей утилизацией примесей. В первом случае производится так называемая санитарная газоочистка, во втором – промышленная (с возвратом в производство продукта очистки).

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

Абсорбция – очистка выбросов, основанная на поглощении жидкостью (абсорбентом) вредных газов и паров, содержащихся в выбросах. Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость газов и паров в абсорбенте. Для удаления из выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород в качестве абсорбента применяют воду.

Адсорбция основана на селективном (избирательном) поглощении вредных газов и паров твердыми адсорбентами, имеющими развитую микропористую структуру. В качестве адсорбентов, как поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. К подобным веществам относятся активированный уголь, простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические неолиты и пр.). Поверхность адсорбции очень велика: для некоторых материалов она достигает нескольких квадратных метров на грамм (для силикагеля) и даже несколько сотен квадратных метров на грамм – для активированного угля. Адсорбенты применяются для очистки промышленных выбросов от метана, эфира и других примесей, а также для очистки выхлопных газов автомобилей.

Хемосорбция основана на поглощении газа жидкими поглотителями с образованием малолетучих химических соединений. Молекулы загрязняющих веществ могут абсорбироваться жидкой поверхностью физически либо взаимодействовать с абсорбентом и превращаться в другие вещества. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми. Поэтому при последующем повышении температуры раствора образовавшееся химическое соединение разлагается с выделением исходных компонентов. Примером хемосорбции может служить очистка газовоз-

204

душной смеси от сероводорода с применением мышьяковощелочного раствора и получением побочного продукта – серы.

Каталитический метод основан на превращении вредных компонентов промышленных выбросов в менее вредные или безвредные вещества в присутствии катализаторов. Иногда образующиеся продукты каталитического превращения остаются достаточно токсичными, однако они легко удаляются из системы в виде утилизируемых в дальнейшем продуктов.

Термический метод предусматривает высокотемпературное сжигание вредных примесей, которые содержатся в технологических выбросах. Его применяют для удаления, например, углеводородов, монооксида углерода и др. Для осуществления дожигания (реакции окисления) необходимо поддержание высокой температуры очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода.

9.1.3 Аппараты и системы очистки выбросов от пыли

Воздушные выбросы очищают от пыли методами:

–сухой механической очистки;

–мокрой очистки;

–фильтрации;

–электрической очистки.

Все аппараты очистки (пылеуловители) не зависимо от метода очистки, а в зависимости от размеров улавливаемых частиц и эффективности их улавливания, разделяются на пять классов. К 1-му классу относятся пылеуловители, в которых происходит эффективная очистка воздуха от пыли частицами размером более 0,3–0,5мкм, ко 2-му – более 2,0, к 3-му – более 4,0, к 4-му – более 8,0 и к 5-му более 20 мкм.

При сухой механической очистке применяются различные пылеосадительные камеры и аппараты сухой инерционной очистки.

Пылеосадительные камеры используют для очистки от крупных частиц пыли и применяют в основном для предварительной очистки воздуха. В пылеосадительных камерах за счет увеличения сечения воздуховода скорость пылевого потока резко падает, вследствие чего частицы пыли выпадают под действием сил тяжести. Эффективность улавливания в пылеосадительных камерах зависит от времени пребывания газов в камере и расстояния, проходимого частицами под действием гравитационных сил. В свою очередь время пребывания газов зависит от объема камеры и скорости потока.

205

Эффективными пылеуловителями являются инерционные аппараты, в которых пылевой поток резко изменяет направление своего движения, что способствует выпадению частиц пыли. К ним относятся аппараты, в которых действие удара о препятствие используется в большей степени, чем инерция. Широко распространенными инерционными пылеуловителями являются циклоны. В них частицы пыли движутся вместе с вращающимся газовым потоком и под воздействием центробежных сил оседают на стенках. Циклоны широко применяются для улавливания частиц размерами около 10 мкм. Эффективность улавливания пыли в сухих циклонах составляет 85–90%. По конструкции они подразделяются на циклические, конические и прямоточные.

К аппаратам мокрой очистки вентиляционных выбросов и дымовых газов относятся газопромыватели (полые, насадочные, тарельчатые), мокрые аппараты центробежного и ударноинерционного действия (ротоклоны), скоростные газопромыватели (трубы Вентури) и др. Общим для аппаратов мокрой очистки является то, осаждение частиц происходит на каплях или пленках жидкости. Различные аппараты отличаются друг от друга способом подвода орошающей жидкости, конструкцией элементов для распыления жидкости, скоростью прохождения очищаемого потока через аппарат. Эффективность очистки мокрых пылеуловителей составляет 90–95%.

В ряде случаев для очистки газового потока от взвесей применяют фильтры, в которых газовый поток проходит через волокно (фильтрующий материал), при этом частицы, обладающие инерцией, сталкиваются с ним и захватываются. Весьма эффективные тканевые и волокнистые фильтры изготавливают из очень тонких (5–10 мкм) стеклянных или асбестовых волокон или синтетических материалов. С течением времени на волокне образуется слой пыли, который удаляется встряхиванием или обратной продувкой.

Наиболее совершенными и универсальными аппаратами для очистки выбросов от взвешенных частиц являются электрические фильтры, в основе работы которых лежит осаждение взвешенных частиц под действием электрических сил.

Электрическая очистка является наиболее эффективным методом (КПД до 99%). Запыленный воздушный поток проходит через электростатическое поле, в котором частицы пыли приобретают электрический заряд, и осаждаются на электродах электрофильтра. Электрофильтры в основном применяют при очистке больших объемов газа, например, от мощных котельных агрегатов на современных ТЭЦ.

206

9.2Методы очистки сточных вод

9.2.1Классификация сточных вод

Сточные воды (СВ) – это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды, и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территорий населенных пунктов и промышленных предприятий в результате атмосферных осадков или полива улиц.

Взависимости от происхождения, вида и состава СВ подразделяются:

– на бытовые СВ, поступающие от жилых и общественных зданий, от бытовых помещений производственных зданий;

– на производственные СВ, использованные в технологических процессах и не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству. К этой категории относятся воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых;

– на поверхностные СВ, образованные атмосферными осадками, таянием снегов, поливом и мытьем улиц.

Впрактике используется также понятие городские СВ, которые представляют собой смесь бытовых и производственных СВ в самых различных количественных соотношениях. Отведение бытовых, производственных и поверхностных вод может быть как совместным, так и раздельным.

Степень загрязнения СВ оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема, мг/л или г/м2. В бытовых сточных водах органические загрязнения составляют около 58%, а минеральные – около 42%. Наиболее сложны по составу сточные воды промышленных предприятий, они отличаются разнообразием и многократным превосходством по количеству загрязнителей и степенью токсичности. Производственные СВ делятся на воды загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные производственные СВ подразделяются на три группы:

1. Загрязненные преимущественно минеральными примесями (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.).

207

2.Загрязненные преимущественно органическими примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой целлюлознобумажной, микробиологической, химической промышленности).

3.Загрязненные минеральными и органическими примесями (предприятия нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, текстильной, легкой, фармацевтической промышленности, заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического синтеза и др.).

Кроме вышеуказанных трех групп загрязненных производственных сточных вод возможен сброс нагретых вод в водоемы, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.

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

9.2.2 Механическая очистка сточных вод

Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм; сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм; песколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ, преимущественно песка; жироловки, маслоловушки, нефтеловуш-

ки, смолоуловители для улавливания из СВ соответствующих загрязнений, более легких, чем вода; отстойники для осаждения взвешенных веществ с удельным весом больше единицы.

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

Процеживание, как первичная стадия обработки, реализуется в решетках и волокноуловителях, в которых отделяются нерастворенные примеси размером 25 мм и более.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) нерастворенных примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Для этого используются песколовки, отстойники, жироуловители. Песколовки, используемые для тяжелых минеральных примесей, устанавливаются перед другими отстойниками.

Отделение механических примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах, центрифугах. Гидроциклоны значительно производительнее отстойников, в них происходит сепарация частиц твердой фазы, во

208

вращающемся потоке жидкости удаляются стекло, строительные материалы, окалина, керамика и пр.

Фильтрование СВ предназначено для очистки их от тонкодисперсных твердых примесей с небольшой концентрацией. Процесс фильтрации применяется также после физико-химических и биологических методов очистки, так как эти методы сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений. В качестве фильтрующих материалов используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п.

9.2.3 Химические методы очистки сточных вод

Химические методы применяют для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окислениевосстановление, они могут применяться и как самостоятельные, и как вспомогательные в сочетании с другими.

Нейтрализация предназначена для выделения из сточных вод кислот, щелочей, а также солей металлов на основе кислот и щелочей.

Рациональным является взаимное объединение кислых и щелочных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, так как это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.

В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: известь СаО, гашеную известь Са(ОН)2, кальцинированную соду Nа2СО3, каустическую соду NаОН, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).

Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно использование для этих целей также дымовых газов, содержащих СО2,

SО2, NО2.

Окислительный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т. д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется, для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, иодатов.

209

Восстановителями в этом случае служат окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).

9.2.4 Физико-химическая очистка сточных вод

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

Коагуляция – процесс укрупнения коллоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001–0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т. е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твердой и жидкой фаз.

Флотация используется для очистки загрязненных вод от маслопродуктов. Подача воздуха под напором во флотационную камеру способствует интенсификации процесса всплывания маслопродуктов и образования пены на водной поверхности. Пена сгребается сверху специальным механизмом в пеносборник, а очищенная (осветвленная) вода отводится из нижней части камеры. Время процесса 15–20 мин.

Экстракция основана на процессе перераспределения примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворенных жидкостей (сточной воды и экстрагента).

Сорбция – метод глубокой очистки производственных СВ от растворенных органических и некоторых неорганических загрязнений. В процессах водообработки она может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими биологическими, химическими методами. Сорбция позволяет не только выделить и сконцентрировать загрязнения из СВ, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении.