ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Активной формой защиты окружающей среды населенных мест от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям.

Вместе с тем в качестве дополнительных и достаточно эффективных средств защиты в настоящее время широко применяются различное очистное оборудование — аппараты и системы очистки выбросов, сточных вод и др.

Уменьшение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы до значений, не превышающих ПДК, обеспечивается мерами, основными из которых являются:

  • • рациональное размещение производств — источников загрязняющих веществ по отношению к населенным территориям;
  • • использование средств рассеивания примесей в атмосфере;
  • • применение технических средств (устройств, аппаратов) для очистки удаляемого из производственных помещений воздуха от загрязнителей (частиц пыли, туманов кислот, щелочей, масел и др.). Рациональное размещение заключается в максимально возможном

удалении производств от жилых районов, создании вокруг источников санитарно-защитных зон, учете рельефа местности и др.

В настоящее время разработаны и широко применяются различные методы защиты атмосферного воздуха от загрязнений. Выбор того или иного метода зависит от ряда факторов, в том числе типа источника загрязнения атмосферного воздуха, агрегатного состояния вредных веществ в выбросах, размеров частиц в выбросах и др.

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

  • • вывод токсичных веществ из помещений вентиляцией;
  • • локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;
  • • локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;
  • • очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, их выброс и рассеивание в атмосфере;
  • • очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания, в специальных агрегатах, их выброс в атмосферу или производственную зону.

Задача вентиляции — обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях.

Вентиляция достигается посредством удаления нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.

Принято классифицировать вентиляцию по способу перемещения воздуха, по цели и по месту действия.

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает:

  • • естественной;
  • • механической (принудительной).

Естественной вентиляцией называется система вентиляции, в которой перемещение воздушных масс происходит благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри здания. Это может быть неорганизованная естественная вентиляция, или естественное проветривание, —движение воздуха через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций, и организованная, например, канальная естественная вытяжная аэрация, которая широко применяется вжилых и административных зданиях. Повсеместно распространена аэрация — организованная естественная общеобменная вентиляция в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей.

Многочисленные конструкции аппаратов для очистки воздуха, применяемых в настоящее время, используют несколько основных физических принципов:

  • • осаждение под влиянием силы тяжести. По этому принципу работают пылевые камеры, газоходы, инерционные пылеуловители. Устройства такого типа обычно эффективны при улавливании грубых частиц размером 50 мкм и более;
  • • осаждение под действием центробежной силы. Эта сила может быть значительно больше силы тяжести. В пылеуловителях, основанных на данном принципе, газу обычно сообщают вращательное движение при его тангенциальном вводе в аппараты круглого сечения (в плане), называемые циклонами. Они эффективны при улавливании частиц размером 5—10 мкм и более;
  • • фильтрация запыленного газа через ткань — надежный способ улавливания очень тонких пылей;
  • • электростатистическое осаждение: оно используется в электрофильтрах. Подобная очистка основана на свойстве частиц пыли заряжаться в интенсивном электрическом поле, создаваемом вокруг электрода подведенным к нему постоянным током высокого напряжения (50—90 кВ). Электрофильтры используют для улавливания более мелких, чем в циклонах, пылей, включая ультратонкие (порядка 0,1 мкм);
  • • промывание. Частицы задерживают на каплях и пленках промывающих жидкостей. Как и фильтры, они эффективны при улавливании очень тонких пылей.

Перечисленные принципы позволяют разделить способы пылеулавливания на сухие и мокрые (сухие и мокрые пылеулавливатели).

Однако одними из первых газоочистительных аппаратов следует считать пылеосадительные камеры, в которых для осаждения пыли используется сила тяжести, действующая на твердые частицы (рис. 3.1). Пылеосадительные камеры, несмотря на громоздкость, имеют наиболее простые конструкцию, изготовление и обслуживание, материалом для них могут служить низкосортный металл, сборный железобетон, кирпич и даже дерево, когда очистке подвергаются холодные газы.

Громоздкость пылеосадительных камер вызвана тем, что для эффективной очистки газов необходимо, чтобы частицы находились в камере возможно более продолжительное время, а простейший путь к этому — увеличение длины камеры.

Запыленный газ

Схема пылеосадительной камеры

Рис. 3.1. Схема пылеосадительной камеры: 7 — корпус; 2— бункеры

Эффективность очистки может быть повышена, а габариты аппаратов уменьшены, если вдобавок к эффекту гравитационного осаждения придать частицам дополнительный импульс движения вниз. Действие инерционных аппаратов основано на резком изменении направления движения газопылевого потока (рис. 3.2). При этом более тяжелые пылевые частицы вследствие большей инерции будут сохранять первоначальные направления движения, а существенно более легкие молекулы газа будут резко изменять направление движения и выходить из аппарата.

Запыленный газ

Схема инерционного пылеуловителя

Рис. 3.2. Схема инерционного пылеуловителя

К инерционным пылеуловителям относят также жалюзийные аппараты (рис. 3.3). Они снабжены жалюзийной решеткой, состоящей из рядов пластин и колец. Очищаемый газ, проходя через решетку, делает резкие повороты и разделяется на две части: на 80—90% освобожденную от пыли, и другую, в которой сосредоточена основная масса пыли.

Запыленный газ

Очищенный

газ

Пыль

Рис. 3.3. Схема жалюзийного пылеуловителя: 1 — корпус: 2— решетка

Центробежные пылеуловители или циклоны — это пылеулавливающие системы, в которых твердые частицы удаляются из закрученного газового потока под действием центробежных сил (рис. 3.4).

Схема циклона

Рис. 3.4. Схема циклона:

1 — входной патрубок; 2— выхлопная труба; 3 — цилиндрическая камера; 4 — коническая камера; 5 — пылеосадительная камера

В связи с тем, что центробежная сила, действующая на пылевые частицы, больше, чем гравитационная сила или сила инерции, габариты центробежных аппаратов меньше, а их эффективность выше, чем гравитационных или инерционных аппаратов.

Запыленный газ через входной патрубок / подается в цилиндрическую камеру 3, в которой движется по спирали сверху вниз. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам аппарата, передавая им свой импульс, они теряют скорость и под действием силы тяжести падают вниз, поступая в бункер для сбора пыли 5. Очищенный газ устремляется вверх через выхлопную трубу 2удаляется из аппарата.

Процесс очистки газов от твердых или жидких частиц с помощью пористых сред называется фильтрацией. Фильтры делятся на волокнистые, тканевые и зернистые.

Волокнистыми фильтрами называют пористые перегородки, составленные из беспорядочно расположенных, однако более или менее равномерно распределенных по объему волокон, каждое из которых принимает участие в осаждении аэрозольных частиц (рис 3.5). Это фильтры объемного действия, так как рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей своей глубине.

Корпус фильтра

Запуленный газ —

Слой пыли

Рис. 3.5. Схема фильтра

Пористая перегородка

Очищенный

газ

Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукавный фильтр. Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый пропускной клапан поступает в газопровод чистого газа. Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается.

Различают следующие типы зернистых фильтров:

• зернистые насадочные (насыпные) фильтры, в которых улавливающие элементы (гранулы, куски и т. д.) не связаны жестко друг с другом. В качестве насадки в насыпных фильтрах используют

песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, кокс, крошку резины, пластмасс и графита, другие материалы;

• жесткие пористые фильтры, в которых зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К этим фильтрам относятся пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Тканевые фильтры используют там, где необходимо достичь высокой эффективности и где условия позволяют использовать фильтр без его повреждения. Применение фильтров ограничено температурами, превышающими 500—600 °К, при которых разрушается ткань, а также составом газа.

Для первичной фильтрации при температурах, превышающих 500—600 °К, используют гравийные фильтры. Эти фильтры громоздки и тяжелы.

Волокнистые фильтры используют, когда концентрация частиц низка (менее 2 г/м3) и фильтр может прослужить достаточно долго, не требуя замены.

Электрофильтр — это аппарат или установка, в которых используются электрические силы для отделения взвешенных частиц от газов (рис. 3.6).

Схема электрофильтра

Рис. 3.6. Схема электрофильтра:

7 — входной патрубок; 2 — коронирующий электрод; 3 — осадительный электрод [корпус фильтра); 4 — выходной патрубок; 5 — бункер; В — выпрямитель тока

Работа электрофильтра основана на процессе осаждения электрически заряженных частиц пыли в электрических полях. Электрическая зарядка частиц осуществляется в поле коронного разряда, возникающего в электрическом поле между коронирующими (высоковольтными) и осадительными (заземленными) электродами.

Областью применения электрофильтров является очистка больших объемов газов.

Принцип действия мокрых пылеуловителей заключается в осаждении частиц пыли на поверхность капель или пленки жидкости за счетсил инерции и броуновского движения (рис. 3.7). Силы инерции зависят от массы капель и частиц пыли, а также от скорости их движения. Частицы пыли малого размера (менее 1 мкм) не обладают достаточной кинетической энергией и при сближении с каплями обычно огибают их и не улавливаются жидкостью. Броуновское движение обычно характерно для частиц малого размера.

Очищенный газ

Схема скруббера

Рис. 3.7. Схема скруббера:

1 — корпус; 2 — форсунки для распыления жидкости

Методы очистки газов от газообразных загрязнений делятся на три группы:

  • • абсорбцию — поглощение газа в объеме твердого или жидкого поглотителя, чаще всего — жидкости;
  • • адсорбцию — поглощение газа на поверхности твердого или жидкого поглотителя, причем чаще всего используются твердые пористые вещества;
  • • термические методы очистки, основанные на способности горючих токсичных компонентов окисляться до менее токсичных при высокой температуре.

Область применения метода ограничивается характером веществ, получающихся при окислении. Так, если газовая смесь содержит фосфор, серу или галогены, то после окисления получаются вещества более токсичные, чем исходные.

Очистка сточных вод — целенаправленное изменение характеристик сбрасываемых в открытые водоемы или канализационные коллекторы сточных вод с использованием различных технических методов и средств.

Создание на предприятиях эффективно действующих очистных установок предназначено для:

  • ? предупреждения загрязнения природных вод промышленными стоками;
  • • сокращения потребляемой воды, так как возврат очищенной воды в производственный цикл позволяет организовать круговорот воды на предприятии.

Сточные воды очищаются от примесей механическими, химическими, физико-химическими и биологическими методами.

Выбор метода зависит:

  • • от размера твердых частиц;
  • • физико-химических свойств частиц;
  • • концентрации загрязняющих частиц;
  • • требуемой степени очистки.

Механические методы очистки сточных вод делятся натри группы:

  • 1) процеживание;
  • 2) отстаивание;
  • 3) фильтрование.

Процеживание — первичная стадия обработки стоков. Процеживание используется для удаления из раствора нерастворимых крупных частиц, имеющих размер до 25 мм, и легких волокнистых загрязнений, которые при дальнейшей очистке стоков могут препятствовать нормальной работе очистного оборудования.

Процеживание осуществляется через решетки и сетки. Решетки очищаются специальными механическими устройствами.

Отстаивание предназначено для выделения из сточных вод нерастворимых или частично растворимых механических загрязнений органического или минерального происхождения. Этот процесс основан на закономерностях осаждения твердых частиц в жидкостях под действием силы тяжести. Для этого используются отстойники (рис. 3.8).

Вода подается в отстойник через трубу 7, затем движется по кольцевому каналу, который образован цилиндрическим корпусом 2и цилиндрической перегородкой 3. В процессе вертикально движения сточная вода встречает на своем пути отражающее кольцо 4, которое направляет воду во внутреннюю полость перегородки 3, а более тяжелые частицы примеси продолжают свое движение вниз и накапливаются в сборнике 5. Чистая вода отбирается через трубу 6. Накопившийся осадок периодически удаляют через трубу 7.

Фильтрование применяется для отделения от раствора нерастворимых примесей малых размеров и коллоидных соединений.

В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, керамзит, графит, полимерные материалы, а также сетки, нетканые материалы на основе синтетических волокон и т.д.

По скорости очистки фильтры подразделяются на:

  • • медленные (0,2—0,5 м/ч) — фильтрование через пленку (осадок) загрязняющих веществ, образующуюся на поверхности зернистого слоя. Такие фильтры дают высокую степень очистки, но громоздки, их производительность невысока, к тому же очистка фильтрующего материала в таких фильтрах сложна;
  • • скоростные (2— 15 м/ч) — фильтрование происходит через пленку в толще слоя, образованную за счет прилипания к зернам фильтрующего материала.

Такие фильтры могут быть однослойными — слой из одного материала и многослойными — несколько слоев, состоящих из зерен разных материалов. Промываются зерна очищенной водой. Химические методы очистки сточных вод:

  • • нейтрализация;
  • • окисление;
  • • восстановление;

Чаще всего все эти методы связаны с расходом реагентов и поэтому достаточно дороги.

Выбор метода зависит:

  • • от объема сточных вод;
  • • концентрации сточных вод;
  • • режима поступления сточных вод;
  • ? наличия и стоимости реагентов.

Сточные воды, содержащие кислоты и щелочи, перед сбросом нейтрализуют.

Нейтрализацию смешения применяют, когда на одном или близких предприятиях образуются и кислые, и щелочные сточные воды.

При нейтрализации реагентами в случае кислых вод используются щелочи, карбонаты или водный раствор аммиака.

Для нейтрализации щелочных вод используются минеральные кислоты и кислые газы.

За счет реакции окисления загрязняющие вещества разрушаются и переводятся в безвредное состояние. В качестве окислителя чаще всего используется газообразный или сжимаемый хлор, кислород воздуха или озон.

Очистка окислением связана с большим расходом реагентов и поэтому применяется в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка и циановых соединений.

Восстановление применяется, когда в растворе содержатся легко восстанавливающиеся вещества, прежде всего ионы тяжелых металлов, таких как хром, ртуть и др. Так, например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая затем отстаивается или отфильтровывается.

Физико-химические методы очистки сточных вод.

1. Электрохимическая очистка, основанная на процессах, которые протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока (рис. 3.9). Методы позволяют извлекать из сточных вод ценные компоненты при относительно простой автоматизированной схеме очистки без использования химических реагентов.

+

1

Рис. 3.9. Схема электролизера:

1 — корпус, 2 — положительный электрод-анод, 3 — отрицательный электрод-катод

з

2. Коагуляция — слипание частиц при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле.

В качестве коагулянтов выступают соли железа, алюминия, глина, зола.

В результате коагуляции образуются агрегаты, т.е. более крупные вторичные частицы, состоящие из более мелких первичных частиц. Первичные частицы соединены в таких агрегатах силами межмолекулярного взаимодействия.

Существует несколько видов коагуляции:

  • • термокоагуляция, когда за счет повышения температуры увеличивается скорость движения молекул и, следовательно, количество их столкновений, мелкие частицы быстро слипаются;
  • ? электрокоагуляция, происходящая во внешнем электрическом поле;
  • • реагентная коагуляция, основанная на добавлении реагентов.
  • 3. Флотация — процесс молекулярного прилипания загрязняющего вещества к поверхности раздел а двух фаз — газ—жидкость (рис. 3.10). Метод, основанный на различной смачиваемости частиц (нефти, клея ит.д.).

Пена

1

Сжа

тый

воздух

4 і і

ргто

Чистая

вода

Рис. 3.10. Схема пневматической флотационной установки

В резервуар снизу подается воздух, пузырьки воздуха обволакивают загрязняющие вещества и поднимают их наверх. Образовавшаяся наверху пена удаляется. Этот метод может работать при высоких скоростях и давать высокую степень очистки. С помощью этого метода сточные воды очищаются от нефти, нефтепродуктов, поверхностноактивных веществ, масла и волокнистых материалов. Процесс флотации заключается в образовании комплекса «частица—пузырек» газа, во всплывании этого комплекса на поверхность и удаления образующейся пены различными способами. Образование агрегатов «частица — пузырьки воздуха» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия находящихся в воде веществ, избыточного давления воздуха в сточной воде.

Существуют следующие конструктивные схемы флотации:

  • • с выделением газа из раствора механическими методами;
  • • с механическим добавлением газа;
  • • электрохимическая флотация, когда газ выделяется на одном или обоих электродах электролизера;
  • • химическая флотация, когда газ выделяется в результате химических реакций;
  • • биохимическая флотация, когда газ выделяется в результате деятельности микроорганизмов.
  • 4. Сорбционные методы, широко применяемые для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильно токсичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо сорбируется при небольшом удельном расходе сорбента. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ. В качестве сорбентов используют активный уголь, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и др.); реже используются минеральные сорбенты: глины, силикагели, алюмогели и др.
  • 5. Ионный обмен, применяемый для извлечения из сточных вод ионов металла, а также соединений мышьяка, фосфора, цианосоеди-нений, а также радиоактивных веществ.

Метод позволяет извлекать ценные вещества при высокой степени очистки (рис. 3.11).

Вода на очиску

-Чистая вода

Рис 3.11. Схема ионообменной колонки

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, причем эта твердая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, практически нерастворимы в воде и называются ионитами. Если они поглощают положительно заряженные ионы — это катиониты, а если отрицательно заряженные ионы — это аниониты.

6. Мембранные технологии являющиеся как бы противоположностью механическому методу фильтрования (рис. 3.12). Если при фильтровании примеси задерживаются перед пористой перегородкой, то при мембранных методах, они под действием некоторых сил переходят через перегородку в другую часть аппарата.

2

Схема аппарата, использующего мембранные технологии

Рис. 3.12. Схема аппарата, использующего мембранные технологии:

1 — корпус, 2 — мембрана

В зависимости от вида этих сил мембранные методы подразделяют на:

  • • экстракцию — примеси переходят через мембрану под воздействием разности химических потенциалов, т.е. под воздействием химических сил. Экстракция может проводиться без мембраны в том случае, если жидкости в обеих частях аппарата не смешиваются;
  • • обратный осмос — примеси переходят через мембрану под воздействием разности давлений;
  • • электродиализ — в аппарат опускаются два электрода, и переход через мембрану осуществляется под действием электрического поля. Биологические методы применяются для очистки сточных вод от

органических соединений, а также соединений азота и серы. В процессе образования своего органического вещества микроорганизмы разрушают загрязнители, превращая воду, углекислый газ в сульфат и нитрат ионов.

Биологические методы подразделяются на две группы:

  • 1) аэробные (в присутствии кислорода воздуха), которые могут применяться в естественных условиях, например, на биологических прудах или в искусственных условиях;
  • 2) анаэробные (без кислорода воздуха), которые используются для очистки высококонцентрированных осадков и стоков.

Биологические методы могут быть искусственными (биологические фильтры (рис. 3.13) и аэротенки) и естественными (поля фильтрации, биологические пруды).

4

Схема биофильтра

Рис. 3.13. Схема биофильтра:

подача сточных вод; 3— циркуляционный активный ил; 3 — смесь обрабатываемой

воды и активного ила; 4 — коридоры

7

Биофильтр — резервуар с двойным дном, наполненный крупнозернистым фильтрующим материалом.

Поля фильтрации —участок земли на пространстве которой распределяют канализационные и другие сточные воды в целях их очистки (разновидность водоочистных сооружений). При фильтровании сточной воды через слой почвы в ней адсорбируются взвешенные и коллоидные вещества, которые со временем образуют в порах почвы микробиологическую пленку, которая адсорбирует и окисляет задержанные органические вещества, превращая их в минеральные соединения.

В процессе фильтрования на загрузочном материале образуется биологическая пленка, микроорганизмы которой минерализуют органические вещества сточных вод. Интенсивность очистки в пленке существенно увеличивается при подаче сжатого воздуха в направлении, противоположном фильтрованию.

Аэротенки аналогичны отстойникам, в которые помещают активный ил. Они служат для очистки от органических загрязнителей путем окисления их микроорганизмами, находящимися в слое активного ила. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов в аэротенке необходимо поддерживать определенную концентрацию растворенного кислорода.

Таким образом применяются следующие методы:

  • • для удаления грубодисперсных частиц — отстаивание, флотация, фильтрация;
  • • для удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц — коагуляция, флокуляция, электрические методы осаждения;
  • • для удаления неорганических соединений — ионный обмен, реагентное осаждение, электрические методы осаждения;
  • • для органических соединений — сорбция, флотация, ионный обмен, реагентные методы, биологическое окисление.

Под обращением с отходами следует понимать деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбо-

ру, утилизации (использованию), обезвреживанию и уничтожению, транспортированию, размещению (хранению и захоронению) отходов.

П од обезвреживанием отходов следует понимать деятельность, связанную с обработкой (в том числе со сжиганием и обеззараживанием) отходов на специализированных установках в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Под хранением отходов следует понимать временное содержание отходов в объектах размещения в целях их последующего захоронения, обезвреживания или использования.

Под захоронением отходов понимается изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных хранилищах в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду.

Захоронение отходов производства и потребления является наиболее широко практикуемым способом размещения отходов. К сожалению, захоронение отходов порождает массу экологических и санитарно-гигиенических проблем. Однако в ближайшем будущем захоронение будет оставаться наиболее распространенным методом обезвреживания отходов.

К сожалению, в последнее время возросло количество несанкционированных захоронений. Такие стихийно обустроенные захоронения отходов могут быть чрезвычайно опасны для экологической обстановки близлежащих районов, а в отдельных случаях они грозят обернуться экологической катастрофой. Поэтому снижение объема отходов, подлежащих захоронению, — одна из важнейших задач, которая может решаться путем уменьшения их образования, их повторного использования, переработки и извлечения из них энергии. Вместе с тем необходимо проводить работы по созданию методов безопасного и экологического захоронения отходов.

Под санитарным полигоном (СП) принято понимать место размещения твердых отходов, инженерно сконструированное на земле способами, уменьшающими вред, наносимый окружающей среде, позволяющее распределять отходы тонкими и возможно более компактными слоями и перекрывать их слоями грунта в конце каждого рабочего дня.

Существует два способа организации санитарного полигона — траншейный и поверхностный.

Траншейный метод наиболее подходит для районов с ровной поверхностью почвы и глубоким залеганием подземных вод. При этом перекрывающий грунт образуется в результате экскавации траншеи. Почва складируется и используется для рекультивации при закрытии участков траншей.

Поверхностный метод применяется на холмистом ландшафте, он позволяет использовать естественные склоны с уклоном, не превышала

юшим 30%. Грунт для перекрывания должен доставляться из других мест.

Весьма важным фактором, определяющим возможность создания и эксплуатации СП, является экономический, основанный на капитальных вложениях и операционных расходах.

Неотъемлемой частью любого полигона является сеть дорог: подъездные дороги к картам, а также дорога с железобетонным покрытием, окольцовывающая полигон.

В связи с большим количеством описанных выше проблем в последнее время возникла стойкая тенденция к снижению объемов отходов, вывозимых на полигоны.

Прежде всего уменьшения количества вывозимых отходов можно добиться путем сортировки (на местах образования или непосредственно перед переработкой).

В общем случае назначение сортировки отходов заключается в выделении тех или иных ценных компонентов отходов для их вторичного использования, а также в оптимизации состава отходов для последующих пределов переработки с учетом: гомогенизации; способности к горению и ферментации; стабилизации теплотворной способности; снижения содержания вредных и балластных компонентов.

Селективный сбор у населения отходов потребления (макулатуры, текстиля, пластмассы, стеклотары и пр.) практикуется во многих странах. Такой подход позволяет предотвратить попадание в отходы ценных компонентов, которые можно переработать или использовать повторно, а также опасных компонентов. При этом возможны два варианта организации селективного сбора твердых бытовых отходов (ТБО) в местах их образования: селективный (покомпонентный) сбор отходов в различные контейнеры и так называемый коллективно-селективный сбор ряда компонентов в один контейнер. Например, практикуется совместный сбор в один контейнер стекла, металлов и бумаги с последующей их механизированной сортировкой на специальной установке. Сегодня в России в настоящее время селективный сбор практически отсутствует.

В настоящее время наибольшее распространение получили два варианта сортировки ТБО:

• механизированная сортировка ТБО на объектах их промышленной

переработки;

• сочетание механизированной и ручной сортировки ТБО на мусороперегрузочных станциях.

Промышленная переработка ТБО в основном ориентирована на сжигание отходов с целью получения тепловой и электрической энергии, так как термические технологии обеспечивают эффективное обезвреживание отходов, в том числе попадающих в ТБО токсичных и инфицированных компонентов.

Уменьшение количества направляемых на сжигание отходов в результате предварительной сортировки сокращает потребность в дорогостоящем термическом и газоочистном оборудовании и по сравнению с сжиганием исходных ТБО снижает капитальные затраты до 25%. Кроме того, извлечение с помощью сортировки экологически опасных компонентов уменьшает содержание вредных веществ в газовых выбросах, упрощает газоочистку, снижает стоимость газоочистного оборудования и уменьшает отрицательное экологическое влияние мусоросжигательных заводов.

Внедрение предварительной сортировки позволяет получить прибыль от реализации товарной продукции, равную 20—25%. Эта прибыль образуется за счет выделения из ТБО лома цветных металлов и лома черных металлов лучшего качества.

Введение в технологическую схему операций ручной сортировки отходов позволяет выделять отдельные компоненты отходов в более чистом виде по сравнению с механизированной сортировкой. Например, в этом случае можно разделить макулатуру и полимеры с целью их последующей реализации потребителям и получения прибыли. Поэтому на мусороперегрузочных станциях предлагается использовать технологическую схему с применением операций ручной сортировки для выделения содержащихся в отходах ценных компонентов (металлов, макулатуры, полимеров и др.).

Комплекс технических и технологических решений, сопровождающих процессы обращения с отходами с момента их образования и до захоронения неу гилизируемых компонентов, является основой управления в системе обращения с отходами.

Основными методами переработки отходов являются:

  • • компостирование отходов;
  • • биоразложение органических отходов;
  • • сжигание отходов.

Компостирование отходов. Компостирование считается формой переработки сырой органической отходной массы. Компостирование — это биологический метод обезвреживания ТБО. Иногда его называют биотермическим методом.

Сущность процесса заключается в следующем: разнообразные, в основном теплолюбивые микроорганизмы активно растут и развиваются в толще мусора, в результате чего происходит его саморазо-гревание до 60 °С. При такой температуре погибают болезнетворные и патогенные микроорганизмы. Разложение твердых органических соединений в бытовых отходах продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.

Механизм основных реакций компостирования такой же, как при разложении любых органических веществ. При компостировании более сложные соединения разлагаются и переходят в более простые.

Стоимость методов компостирования растет с применением специализированной техники и может достигать значительных величин.

Обезвреживание отходов обеспечивается посредством прежде всего высокой температуры аэробной ферментации. В ходе биотер-мического процесса происходит гибель большей части патогенных микроорганизмов.

Однако компост, получаемый в результате биотермического обезвреживания отходов на мусороперерабатывающих заводах, не должен быть использован в сельском и лесном хозяйствах, так как содержит примеси тяжелых металлов, которые через травы, ягоды, овощи или молоко могут причинить вред здоровью людей.

По этой же причине целесообразно несистематическое применение таких компостов в городских скверах и парках.

Недостатком компостирования является необходимость складирования и обезвреживания некомпостируемой части мусора, объем которой составляет значительную часть от общего количества мусора.

Биоразложение органических отходов. Общепризнанно, что биологические методы разложения органических загрязнений наиболее экологически приемлемы и экономически эффективны.

Технологии процесса биоразложения отходов различны, например, в биопрудах разлагаются жидкие отходы, в биореакторах — жидкие, пастообразные, твердые, в биофильтрах — газообразные. Существуют и другие модификации биотехнологии.

Существенными недостатками аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией большого количества образующегося избыточного ила (до 1—1,5 кг биомассы микроорганизмов на каждый удаленный килограмм органических веществ).

Исключить указанные недостатки помогает анаэробная обработка сточных вод методом метанового сбраживания. При этом не требуется затрат энергии на аэрацию, что играет большую роль в условиях энергетического кризиса, уменьшается объем осадка и, кроме того, образуется ценное органическое топливо — метан.

В перечень веществ, биоразлагаемых анаэробным способом, входят органические соединения различных классов: спирты, альдегиды, кислоты алифатического и ароматического рядов.

Последовательное многоступенчатое разрушение молекул органических веществ возможно благодаря уникальным способностям определенных групп микроорганизмов осуществлять катаболический процесс — расщепление сложных молекул до простых и существовать за счет энергии разрушения сложных молекул, не имея доступа ни к кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношен ИИ акцепторам электронов (нитратам, сульфатам, сере и др.).

по

Микроорганизмы используют для этой цели углерод органических веществ. Следовательно, в процессе восстановительного расщепления сложные органические молекулы разрушаются до метана и углекислого газа.

Нет уверенности в том, что биотехнологии являются надежным и безопасным способом обеспечения экологической чистоты. Поэтому при обсуждении перспектив эффективного использования биотехнологий для обезвреживания различных отходов, в том числе особо опас-ных, надо учитывать необходимость контроля степени микробного загрязнения объектов окружающей среды и очищенных субстратов.

Сжигание отходов. ТБО представляют собой гетерогенную смесь, в которой в виде различных соединений присутствуют почти все химические элементы. Наиболее распространенными элементами являются углерод, на долю которого приходится около 30% (по массе), и водород — 4% (по массе), входящие в состав органических соединений. Теплотворная способность отходов во многом определяется именно этими элементами. В промышленно развитых европейских регионах теплотворная способность ТБО составляет 1900—2400 ккал/кг, в ряде случаев она достигает 3300 ккал/кг и прогнозируется ее дальнейший рост, что окажет влияние на конструктивные особенности элементов термического оборудования, используемого для сжигания ТБО.

Сжигание отходов, как правило, является окислительным процессом. Поэтому и в камере сжигания превалируют окислительные реакции. Главными продуктами сгорания углерода и водорода являются соответственно СО, и Н20.

При сжигании ТБО необходимо учитывать, что в них присутствуют потенциально опасные элементы, характеризующиеся высокими токсичностью и летучестью, а также содержатся различные соединения галогенов (фтора, хлора, брома), азота, серы, тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, олова, ртути).

Можно отметить два основных пути образования диоксинов и фу-ранов при термической переработке ТБО:

  • • первичное образование в процессе сжигания ТБО при температуре 300-600 СС;
  • • вторичное образование на стадии охлаждения дымовых газов, содержащих НС1, соединения меди (и железа) и углеродсодержащие частицы, до температуры 250—450 °С (реакция гетерогенного ок-сихлорирования частиц углерода).

Температура начала распада диоксинов — 700 °С, нижний температурный предел образования диоксинов — 250—350 °С.

Для того чтобы при сжигании на стадии газоочистки создать условия для снижения содержания диоксинов и фуранов до требуемых норм (0,1 нг/м3) следует реализовать так называемые первичные мероприятия, в частности правило двух секунд — геометрия печи должна

т

обеспечить продолжительность пребывания газов не менее 2 с в зоне печи с температурой не менее 850 °С (при концентрации кислорода не менее 6%).

Стремление к достижению при сжигании максимально высоких температур и созданию каких-либо дополнительных зон дожигания не решает полностью проблемы снижения концентрации диоксинов в отходящих газах, так как не учитывается способность диоксинов в новому синтезу при снижении температуры.

Высокие температуры приводят к увеличению выхода летучих компонентов и росту выбросов опасных металлов.

Термические процессы, осуществляемые при температурах менее 1300 °С, применяют наиболее часто. Наибольшее распространение получили процессы слоевого сжигания и сжигания в кипящем слое, требующие принудительного перемешивания и перемещения материала. В настоящее время в стадии разработки находится весьма перспективный процесс сжигания — газификации отходов в плотном слое, реализуемый без принудительного перемешивания и перемещения материала.

Механическое внедрение европейского оборудования, предназначенного для прямого сжигания неподготовленных городских отходов, в России недопустимо, так как в наших городах практически отсутствует сбор отходов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >