Для очистки выбросов от газообразных примесей (оксиды серы и азота, оксид углерода, сероводород, аммиак и др.) применяют методы абсорбции, хемосорбции, адсорбции, каталитического и термического дожигания.
Метод абсорбции основан на поглощении одного или нескольких вредных веществ жидким поглотителем, называемым абсорбентом. При выборе абсорбента учитывается растворимость извлекаемого компонента и её зависимость от температуры и давления. В качестве растворителя применяют воду, кислые, щелочные и другие растворы. Например, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлористого или фтористого водорода целесообразно применять воду, так как растворимость этих газов в воде составляет сотни граммов на 1 кг. Для удаления ароматических углеводородов из коксового газа применяются вязкие масла.
По конструкции абсорбционные аппараты близки к мокрым пылеуловителям.
Эффективность абсорбционного (мокрого) метода очистки газов, например, от хлористого водорода, может достигать 85-92% при использовании в качестве абсорбента 2-3% раствора едкой щёлочи, и 75% - при использовании воды.
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твёрдыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений.
Метод адсорбции основан на селективном поглощении вредных газов и паров твёрдыми сорбентами, имеющими развитую микропористую структуру.
В качестве адсорбента чаще всего применяют активированный уголь с помощью которого очищают газы от органических паров, летучих растворителей, дурно пахнущих веществ. Кроме того, в качестве адсорбента применяют силикагель, активированный глинозём, оксид алюминия, цеолиты. Часто адсорбенты пропитываются соответствующими реагентами, повышающими эффективность адсорбции, в этом случае происходит и хемосорбция.
Каталитический метод основан на превращении вредных компонентов промышленных выбросов в вещества менее вредные или безвредные за счёт химических реакций взаимодействия удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующим в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твёрдых катализаторах. В качестве катализатора обычно используются платина и металлы платинового ряда, оксиды меди и марганца, марганцевая руда и другое, выполненные в виде шариков, гранул, колец или проволоки, свитой в – спираль. В последние годы методы каталитического дожигания нашли применение и в автомобилестроении.
Термический метод основан на высокотемпературном сжигании вредных примесей, содержащихся в технологических вентиляционных и других выбросах. Для осуществления дожигания необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода. Система огневого обезвреживания обеспечивает эффективность очистки, например, от оксида углерода, на 90-99%, если время пребывания газовой смеси в высокотемпературной зоне не менее 0,5 сек. и температура обезвреживаемых газов 600-750 °С.
Выбор очистных устройств состоит в определении способа очистки загрязнённого воздуха, количества ступеней очистки и типа пылегазоулавливающих аппаратов. Принимать к установке следует только такие устройства, которые в конкретных условиях сочетали бы в себе требующуюся эффективность очистки, надёжность и экономичность, например, возможность возврата уловленной пыли (продукта) в производство.
Принято считать, что при запылённости 5000 мг/м3 нетоксичной пылью достаточно одной ступени очистки, а при большей – нужна двух-трёхступенчатая очистка. Чем крупнее частицы пыли (золы) и больше их плотность, чем ниже температура газа, тем эффективнее при прочих равных условиях газ будет очищаться от пыли в аппаратах любого типа.
Совершенствование технологических процессов, применение высокоэффективных систем газоочистки позволяют в значительной степени уменьшить размеры промышленных выбросов в атмосферу. Однако полностью ловить пыле- и газообразные примеси в отходящих газах практически невозможно, часть вредных веществ всё равно выбрасывается в атмосферу. Для того, чтобы концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы не превышали ПДК, отходящие газы выбрасываются через высокие трубы с целью создания условий для эффективного рассеивания.
Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект и, к сожалению, большая вероятность выпадения кислотных осадков в отдаленных районах.
Рассеивание вредных веществ в атмосфере — это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные устройства не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.
Важное место в системе мероприятий по охране атмосферного воздуха занимают планировочные мероприятия, позволяющие существенно снизить воздействие загрязнения ОС на человека. При проектировании и строительстве промышленных предприятий особое значение придаётся выбору площадки и взаимному расположению производственных и жилых массивов. Предприятие должно быть расположено на ровном возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше предприятия. Предприятия должно располагаться за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов по отношению к господствующим ветрам. Цехи, выделяющие наибольшее количество вредных веществ, следует располагать на краю производственной площадки со стороны, противоположной жилому массиву. Взаимное расположение цехов должно быть таким, чтобы при направлении ветров в сторону жилых кварталов их выбросы не объединялись.
Предприятия, являющие источниками выделения в ОС вредных веществ, согласно «Санитарным нормам проектирования промышленных предприятий», следует отделять от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размеры этих зон до границы жилой застройки устанавливаются в зависимости от мощности предприятия, характера технологического процесса, количества и вида выделяемых в ОС ЗВ. В соответствии с санитарной классификацией предприятий и производств, тепловых электрических станций, складских зданий и сооружений установлены следующие размеры санитарно-защитных зон: для предприятий 1 класса – 1000 м; 2 – 500 м; 3 – 300 м; 4 – 100 м; 5 класса – 50 м. Предприятия, не выделяющие в атмосферу вредных веществ, допускается размещать в пределах жилых районов.
Помимо рассмотренных выше мер по защите воздушного бассейна предусмотрена также охрана озонового слоя, которая подразумевает следующий комплекс мер:
· организацию наблюдений за изменением озонового слоя под воздействием хозяйственной деятельности и иных процессов;
· соблюдение нормативов предельно допустимых выбросов веществ, вредно воздействующих на состояние озонового слоя;
· регулирование производства и использование химических веществ, разрушающих озоновый слой.
Поверхностные воды охраняют от засорения, загрязнения и истощения. Для предупреждения засорения принимают меры, исключающие попадание в поверхностные водоемы и реки строительного мусора, твердых отходов, остатков лесосплава и других предметов, негативно влияющих на качество вод условия жизни рыб и др. Истощение поверхностных вод предотвращают путем строгого контроля за минимально допустимым стоком вод.
С целью защиты вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:
· развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения;
· - очистка сточных вод;
· - закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты;
· очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.
Главный загрязнитель поверхностных вод — это сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод представляет собой наиболее важную задачу.
Наиболее действенный способ защиты — это создание безводной технологии производства, начальным этапом которой является создание оборотного водоснабжения. При организации системы оборотного водоснабжения в нее включают ряд очистных сооружений и установок, что позволяет создать замкнутый цикл использования производственных и бытовых сточных вод.
Существуют различные способы очистки сточных вод.
Наибольшее распространение для очистки городских и производственных сточных вод получили механические методы: процеживание, отстаивание, фильтрование.
Процеживание осуществляется с целью выделения крупных включений (бумага, тряпьё, дерево и т.д.) из сточных вод. Выделение ведётся на различного рода решётках с шириной прозоров не более 16 мм. Собранные на решётках отбросы периодически направляются в дробилки, где они измельчаются с увлажнением и сбрасываются в канал перед решёткой для последующего выделения в отстойниках.
Выделение минеральных примесей, чаще всего песка, осуществляется в песколовках различной конструкции. Это необходимо для предотвращения абразивного износа оборудования и трубопроводов по транспортировке и обработке твёрдой фазы. Принцип действия песколовок основан на осаждении крупных взвешенных частиц при уменьшении скорости движения воды. В песколовках выделяется до95% минеральных частиц из сточных вод.
Для выделения из сточных вод взвешенных и плавающих веществ, разделения иловой смеси применяются различного типа отстойники. На станциях очистки городских сточных вод функционально они подразделяются на первичные (выделяются взвеси и плавающие вещества) и вторичные (разделяется иловая смесь и отработанная биоплёнка с очищенной жидкостью).
Оседающие вещества накапливаются в сборных приямках отстойников, куда они направляются принудительно скребками или самотёком за счёт уклона дна отстойника. Удаление осадков из приямка производится через 4-8 часов специальными иловыми насосами.
Работающие в нормативном режиме первичные отстойники обеспечивают на выходе 100-150 мг/л взвешенных веществ, обеспечивая в свою очередь нормальную работу биофильтров и аэротенков.
Особенность очистки производственных стоков отстаиванием состоит в том, что для каждого типа стоков имеются свои оптимальные расчётные и эксплуатационные параметры, которые следует применять в каждом конкретном случае обработки вод, например, при очистке от маслонефтепродуктов (нефтеловушки), жиров (жироловки) и т.д.
Для промстоков, содержащих свыше 1,5 г/л минеральных загрязнений, эффективным является отстаивание в центробежном поле: гидроциклоны, центрифуги, сепараторы, применение которых при равной эффективности очистки по взвешенным веществам по сравнению с отстойниками значительно экономит необходимые производственные площади.
Метод фильтрования чаще всего является заключительным этапом обработки городских стоков. В этом случае фильтры входят в узел доочистки для более полного извлечения частиц активного ила или биоплёнки и, следовательно, взвешенных органических веществ.
При очистке производственных сточных вод фильтрование применяется как самостоятельный метод, а также в качестве конечной стадии обработки вод.
Фильтры для очистки промстоков бывают безнапорные и напорные, в качестве фильтрующего материала применяют ткани, металлические и пластмассовые сетки, зернистые минеральные и органические загрузки, плоские и объёмные. Они применяются для очистки вод от нерастворимых и коллоидных частиц, находящихся в суспензированном и (или) эмульгированном состоянии; взвешенных частиц, масло- и нефтепродуктов, жиров, гидрооксидов и сульфидов тяжёлых металлов и т.д.
Химические методы применяются главным образом для очистки производственных сточных вод. Основными методами являются нейтрализация и окисление-восстановление, они могут применяться как самостоятельные, так и как вспомогательные в сочетании с другими.
Производственные технологические процессы могут проходить как в кислых, так и в щёлочных средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н+ и ОН- - в этом и состоит суть реакции (и метода) нейтрализации при очистке стоков.
Наиболее целесообразным является взаимное объединение кислых и щёлочных стоков (но не водоотведение по единой системе трубопроводов).
Для нейтрализации кислых вод применяются щёлочные реагенты: известь, гашёная известь, кальцинированная и каустическая сода, аммиачная вода, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).
Для нейтрализации щёлочных вод наиболее часто применяют кислоты: серную, соляную, азотную, режу уксусную. Возможно использование для этих целей дымовых газов, содержащих СО2, SO2, NO2.
Если в кислых и щёлочных промстоках имеются тяжёлые металлы, то целесообразно путём подбора дозы реагентов, одновременно с нейтрализацией стока, перевести тяжёлые металлы в нерастворимые гидроокислы с последующим их выпадением в осадок.
Окислительный метод применяется для очистки промышленных сточных вод от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т.д. Реагентами для этого являются хлор и его производные (гипохлориты, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода.
Восстановительный метод применяется для очистки сточных вод от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, йодатов. Восстановителями в этом случае выступают окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа сернистом газе (из дымовых газов), а также некоторые органические вещества, например, гидразин.
Окислительно-восстановительная очистка сточных вод осуществляется в коррозионно-защищённых аппаратах при перемешивании, а выделение сформировавшейся твёрдой фазы осуществляется механическими способами.
Химический метод очистки сточных вод наиболее полно изучен, достаточно просто и надёжно автоматизируется и широко применяется на практике, несмотря на его очевидные недостатки – увеличение солесодержания очищенных вод, значительные затраты на реагентыю. Быструю коррозию оборудования и труб.
Физико- химические методы (коагуляция, флокуляция, флотация, адсорбция, экстракция, электрохимическая очистка) в основном применяются для очистки промышленных сточных вод.
Коагуляция – это процесс укрупнения коллоидных частиц жидкости за счёт электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001-0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10мкм и более, т.е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и разрушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твёрдой и жидкой фаз. Наибольшее распространение получили алюмо- и железосодержащие коагулянты.
Флокуляция – процесс объединения коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты под влиянием специально вводимых полиэлектролитов –флокулянтов, в качестве которых чаще всего применяют активированную кремнекислоту или полиакриламид. Флокуляция – это разновидность коагуляции.
Флотация – процесс выделения из воды в пенный слой взвешенных и эмульгированных загрязнений за счёт пузырьков газа, предварительно растворённых в очищаемой жидкости. Эффект очистки вод флотацией определяется свойствами очищаемых вод и загрязнений, способом получения флотирующего газа и составляет в среднем 56-65%. При введении в сточные воды коагулянтов и (или) флокулянтов, а также гидрофобизирующих поверхность частиц добавок в виде поверхностно-активных веществ, эффективность очистки флотацией может достигать 90-95%.
Адсорбция – процесс перехода молекулы растворённого вещества из объёма жидкости на поверхность твёрдого сорбента под действием его силового поля. Этот метод высокоэффективен для глубокой очистки производственных сточных вод от растворённых органических и некоторых неорганических загрязнений, он не только позволяет выделить и сконцентрировать загрязнения из сточных вод, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении. Следует отметить, что в воде, подаваемой на адсорбционную очистку, концентрация взвешенных частиц не должна превышать 2 мг/л во избежание закупоривания «рабочих» пор. В качестве сорбентов применяют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. – однако чаще всего в качестве адсорбента применяют активированный уголь.
Из-за высокой стоимости очистки этим методом сточных вод, его наиболее целесообразно применять для очистки малоконцентрированных по органическим веществам стоков.
Для концентрированных (более 2 г/л) сточных вод, содержащих органические загрязнения, представляющие техническую ценность, эффективным методом очистки является экстракция. Метод основан на смешивании двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточная вода, другая экстрагент – ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и др.) и распределении в них, согласно растворимости, загрязнённого вещества. Разделение экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. После перегонки экстрагент вновь используется в цикле очистки воды, а вещество утилизируется.
Электрохимическая очистка сточных вод – один из наиболее распространённых методов, поскольку на основе использования продуктов электролиза водных растворов в одном объединен ряд процессов: электрокоагуляция, электрофлотация, электрофлотокоагуляция, электроокисление, электровосстановление, обеззараживание, электрокорректировка реакции среды. Данный метод применим для очистки вод от взвешенных, плавающих, эмульгированных, коллоидных и растворённых загрязнений (жиры, взвеси, масла, ПАВ, тяжёлые металлы, сульфиды, нефтепродукты). Однако значительный расход энергии, металлов для электродов, оборудования, образование большого количества трудно обезвоживаемых шламов являются сдерживающими факторами в распространении этого метода.
Биохимический метод основан на способности и потребности микробных сообществ использовать для питания растворённые и коллоидные органические соединения, а также некоторые неорганические вещества (соединения азота, фосфора, серы и др.) сточных вод. Этот метод применяется для очистки хозяйственно-бытовых и производственных стоков и является одним из наиболее экологически чистых.
Загрязнённость сточных вод органическими веществами характеризуется двумя показателями: БПК, ХПК.
БПК – биохимическая потребность в кислороде – опосредованный показатель содержания органических веществ – характеризует необходимое количество кислорода для микробного окисления органических веществ. Различают БПКполн, БПК20, БПК10, БПК5, соответственно обозначающие, сколько кислорода надо израсходовать на полное окисление органических веществ, на окисление в течение 20, 10 и 5 суток.
ХПК – химическая потребность в кислороде – также опосредованный показатель – характеризует необходимое количество кислорода для химического окисления всех органических веществ, а заодно и восстановленных неорганических (аммонийный азот, сульфиды, сульфиты и т.д.).
Биохимическую очистку вод от органических веществ ведут в аэробных и анаэробных условиях. Аэробный метод основан на использовании аэробных и факультативно-аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимо наличие кислорода и температура 10-40 °С. эти микроорганизмы культивируются во взвешенном (активный ил) и прикреплённом (биологическая плёнка) состоянии. Анаэробную очистку в основном применяют для концентрированных по органическим загрязнителям промстоков, а также для минерализации твёрдой фазы (осадков, илов, биоплёнки) на очистных сооружениях.
Активный ил представляет собой сообщество живых микроорганизмов (бактерии, простейшие черви, грибы, дрожжи, актиномицеты и др.) и твёрдого субстрата в виде коллоидной амфотерной системы. Основу активного ила составляют бактерии, скопления которых окружены слизистым слоем и называются зооглеем. Эти слизистые «комочки» способствуют сорбции загрязнений, их структурированию и осаждению. Твёрдый субстрат активного ила представляет отмершую биомассу, взвеси и т.д., на которых закреплены микроорганизмы. Хлопья активного ила имеют поверхность до 1200 м2 на 1 м3, 1 м3 ила содержится около 2*1014 бактерий.
Аэробная очистка сточных вод может вестись в естественных (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) и в искусственных (аэротенки, биофильтры различных модификаций) условиях.
Поля орошения представляют собой специально подготовленные для возделывания сельскохозяйственных культур участки, куда после предварительной механической очистки направляют по бороздам, трубам, лоткам и т.п. сточные воды. Одновременно с биологической очисткой на этих полях идёт усвоение биогенных веществ стока и перевод их в биомассу растений.
В том случае, когда агрокультуры не выращиваются и поля предназначены только для очистки сточных вод, они называются полями фильтрации.
Биологические пруды применяют для глубокой очистки городских, производственных и поверхностных сточных вод, содержащих органические вещества; это каскад прудов (3-5ступеней), через которые с небольшой скоростью протекает вода, освобождаясь от органических загрязнений вследствие комплексного воздействия зоо- и фитопланктона, кислорода, фотохимических реакций, микрофлоры, донных отложений. Пруды могут быть как с естественной, так и с искусственной аэрацией. Остаточное количество органических веществ по БПКполн составляет 2-3 мг/л, что позволяет сбрасывать очищенные воды даже в рыбохозяйственные водоёмы.
Искусственные сооружения для очистки сточных вод – это аэротенки и биофильтры, и то и другое может быть самой разной конструкции. Общими требованиями для них является предварительное осветление сточных вод до остаточных концентраций по взвешенным веществам до 100-150 мг/л, поскольку эти вещества необходимы для прироста биомассы в биоокислителях, и не превышение содержания органических веществ 300 мг/л по БПКполн.
Аэротенки – сооружения, имеющие большие поверхности, на которых закреплена живая биомасса.
Биофильтры представляют собой негерметичные ёмкостные сооружения, заполненные различной загрузкой (щебень, гравий, керамзит, пластмасса, стеклопор и т.д.) на поверхности которой развивается очищающая сточную воду биплёнка. Режим подачи исходной воды на биофильтр прерывистый: через 5-8 минут в течение 2-3 минут. Вода проходит сквозь тело загрузки биофильтра сверху вниз, контактирует с биоплёнкой, на которой из воды сорбируются растворённые и взвешенные вещества. Воздух, необходимый для жизнедеятельности микроорганизмов поступает снизу вверх за счёт естественной тяги или принудительно.
Эффект очистки сточных вод по БПКполн в зависимости от конструктивного и технологического решения аэротенков и биофильтров составляет 85-90%; углеродсодержащие вещества минерализуются в этих сооружениях до остаточных концентраций 15-30 мг/л и в них начинается начальная стадия нитрификации.
Среди водоохранных проблем одной из основных является разработка и внедрение эффективных методов обеззараживания и очистки вод, используемых для питьевого водоснабжения. Недостаточно очищенные питьевые воды опасны как с экологической, так и с социальной точек зрения.
Начиная с 1896 г. и до настоящего времени в нашей стране наиболее распространенным является метод обеззараживания воды хлором. Метод достаточно эффективен, но при нем не исключена возможность поражения человека канцерогенными веществами, возникающими при взаимодействии хлора с органическими загрязнителями. В ряде стран уже отказались от этого метода, перейдя на озонирование или обработку ультрафиолетом. У нас этот метод пока не получил достаточного распространения из-за дороговизны переоборудования водоочистных сооружений.
Современная технология очистки питьевой воды от других экологически опасных веществ — нефтепродуктов, СПАВ, пестицидов и т.п. основывается на использовании сорбционных процессов с применением активированных углей или их аналогов — графитминеральных сорбентов.
Все большее значение в охране поверхностных вод от загрязнения и засорения приобретают агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия. С их помощью можно предотвратить заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек, а также образование эрозии, оползней, обрушение берегов и т.п. Выполнение комплекса этих работ позволит уменьшить загрязненный поверхностный сток, и будет способствовать чистоте водоемов.
Важную защитную функцию на любом водоеме выполняют водоохранные зоны. Ширина водоохранной зоны рек может составлять от 0,1 до 1,5-2 км, включая пойму реки, террасы и склон коренного берега. Назначение водоохранной зоны — предотвратить загрязнение, засорение и истощение водного объекта. В пределах водоохранной зоны запрещается распашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и удобрений, производство строительных работ и т.п.
Основные мероприятия по защите подземных вод заключаются в предотвращении истощения запасов подземных вод, и защите их от загрязнения. Для борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, пригодных для целей питьевого водоснабжения, предусматривают различные меры, в том числе: регулирование режима водоотбора; более рациональной размещение водозаборов по площади; определение величины эксплуатационных запасов как предела их рационального использования; введение кранового режима эксплуатации самоизливающихся артезианских скважин. Иногда применяют искусственное пополнение их запасов путем перевода поверхностного стока в подземный. Созданием зон санитарной охраны вокруг водозаборов исключают возможность загрязнения подземный вод. Часто предпринимаются специальные мероприятия по изоляции источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта, а также перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа. Для ликвидации локальных очагов загрязнения ведут длительную откачку загрязненных подземных вод из специальных скважин.
В число основных звеньев экологической защиты почв входят:
· защита почв от водной и ветровой эрозии;
· организация севооборотов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия;
· мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв и др.);
· рекультивация нарушенного почвенного покрова;
· защита почв от загрязнения, а полезной флоры и фауны от уничтожения;
· предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.
Защита почв должна осуществляться на основе комплексного подхода к сельскохозяйственным угодьям как сложным природным образованиям с обязательным учетом региональных особенностей.
Одним из основных принципов охраны ОПС является неистощительное использование природных ресурсов. Для предотвращения возможного их истощения и сохранения запасов недр очень важно соблюдать принцип наиболее полного извлечения из недр основных и попутных полезных ископаемых. Например, подсчитано, что, если повысить отдачу недр всего лишь на 1%, то можно дополнительно получить 9 млн т угля, около 9 млрд. куб м газа, свыше 10 млн. т нефти, около 3 млн. т железной руды. Все это позволит сократить глубину и масштабы неоправданного проникновения в земные недра, а, следовательно, значительно уменьшить отходы горнодобывающих предприятий и оздоровить экологическую остановку.
Другой важной проблемой, связанной с охраной и рациональным использованием недр, является комплексное использование минерального сырья, включая проблему утилизации отходов.
Отходы при разработке недр бывают твердыми (пустые породы, минеральная пыль), жидкими (шахтные, карьерные, сточные воды) и газообразными (газы, выделяемые из отвалов). Основные направления утилизации отходов и улучшения экологической обстановки — это использование их в качестве сырья, в промышленном и строительном производстве, для закладки вырабатываемого пространства и для производства удобрений, для водоснабжения и отопления.
При пользовании недрами охраняют также земную поверхность, поверхностные и подземные воды, рекультивируют отработанные участки.
Рекультивация — комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в безопасное состояние.
Объектами рекультивация являются:
· карьерные выемки, мульды оседания, провальные воронки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные комплексы;
· земли, нарушенные при строительных работах;
· территории полигонов твердых отходов;
· земли, нарушенные в результате загрязнения их жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли, газогенные пустыни и др.).
Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.
Техническая рекультивация представляет собой предварительную подготовку нарушенных территорий для различных видов использования. В состав работ входят: планировка поверхности, снятие, транспортировка и нанесение плодородной почвы на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготовка участка к освоению.
Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова и восстановления продуктивности нарушенных земель, создания условий обитания животных.
При необходимости выполняют также строительную рекультивацию, в ходе которой на подготовленных участках возводят здания, сооружения и другие объекты.
Для сохранения численности и популяционно-видового состава растений и животных иногда приходится осуществлять комплекс природоохранных мер, в число которых входят:
· борьба с лесными пожарами;
· защита растений от вредителей и болезней;
· полезащитное лесоразведение;
· повышение эффективности использования лесных ресурсов;
· охрана отдельных видов растений, растительных сообществ и животных.
К наиболее эффективным формам охраны биотических сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных территорий — участков суши и водной поверхности, которые в силу своего природоохранного и иного значения, полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны.
Различают следующие категории этих территорий:
· государственные природные заповедники, в т.ч. биосферные;
· национальные парки;
· государственные природные заказники;
· памятники природы;
· дендрологические парки и ботанические сады.
Эти территории отличаются друг от друга и от прочих территорий по степени закрытости, возможности или невозможности ведения какой-либо хозяйственной деятельности, продолжительности изоляции и назначения.
Ну и, наконец, нужно рассмотреть защиту ОПС от особых видов воздействий, в частности от отходов производства и потребления.
В городах и населённых пунктах происходит интенсивное накопление твёрдых бытовых отходов (ТБО), которые при неправильном и несвоевременном удалении и обезвреживании могут быть причиной загрязнения ОС.
В состав ТБО входят: бумага (картон), пищевые отходы, дерево, металл (чёрный и цветной), текстиль, кожа, кость, стекло, резина, камни, полимерные материалы, отсев (уличный смет – менее 15 мм), прочие компоненты (неклассифицируемые части).
Сезонные изменения состава ТБО характеризуются увеличением содержания пищевых отходов с 20-25% весной до 40-55% осенью. Зимой и осенью сокращается содержание мелкого отсева (уличного смета) с 11 до 5%.
Наиболее важными с точки зрения возможности переработки свойствами ТБО являются плотность, механическая структура, слёживаемость.
Плотность ТБО благоустроенного жилого фонда в весенне-летний период (в контейнерах) составляет 0,18-0,22 т/м3; в осенне-зимний –0,20-0,25 т/м3.
ТБО обладают механической (структурной) связностью, благодаря волокнистым фракциям (текстиль, проволока и др.) и сцеплениям, обусловленным наличием влажных липких компонентов. Вследствие связности ТБО обладают склонностью к свободообразованию и не просыпаются в неподвижную решётку с расстоянием между стержнями 20-30 см (критический размер ячейки).
Благодаря наличию твёрдых балластных фракций (керамика, стекло) ТБО обладает абразивностью, т.е. свойством истирать соприкасающиеся с ним поверхности.
ТБО обладает слёживаемостью, т.е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются (с возможностью выделения фильтрата) без всякого внешнего воздействия. При длительном контакте с металлом ТБО оказывают на него корродирующее воздействие, что связано с высокой влажностью и наличием в фильтрате растворов различных солей.
Под воздействием внешнего давления ТБО могут уплотняться. При давлении в 0,3-0,5 МПа объём ТБО уменьшается в 5-8 раз за счёт ломки различного рода коробок и ёмкостей, плотность возрастает до 0,8-1,0 т/м3. Приблизительно такое давление создаётся в приёмном бункере мусороуборочных машин. Более высокое давление (до10-20 МПа) приводит к интенсивному выделению влаги (выделяется до80-90% всей содержащейся в ТБО воды), плотность ТБО достигает 1,3-1,7 т/м3, объём снижается в 2-2,5 раза. Спрессованный до такого состояния материал на некоторое время стабилизируется, так как содержащейся в ней воды недостаточно для активной жизнедеятельности микроорганизмов и доступ кислорода в такую массу затруднён. В таком состояния ТБО могут быть захоронены.
При решении проблемы обеззараживания и утилизации ТБО принимается во внимание климатические, географические, градостроительные условия, численность обслуживаемого населения.
Известно более 20 методов обеззараживания и утилизации ТБО. По каждому из них имеется 5-10 разновидностей технологий, технологических схем, типов сооружений.
Методы обеззараживания и переработки ТБО классифицируются по конечной цели и по технологическому принципу.
По конечной цели бывают ликвидационные (решают в основном санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают, кроме того, задачи экономики – использование вторичного сырья).
По технологическому принципу бывают биологические, термические, химические, механические, смешанные.
Наибольшее распространение у нас и за рубежом получили такие методы: складирование на полигонах (ликвидационный биолого-механический), сжигание (ликвидационный термический) и компостирование (утилизационный биологический). Все эти методы позволяют обезвреживать и утилизировать ТБО, соблюдая нормативы требований охраны ОС.
Простейшими и наиболее распространёнными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Оптимальными условиями строительства полигонов являются: наличие свободного участка с основанием на водоупорных грунтах с размером, обеспечивающем приём ТБО на предстоящие 20-25 лет; расположение уровня грунтовых вод ниже 3 м от поверхности площадки; обеспечение грунтом или инертными отходами для изоляции ТБО; конфигурация участка, близкая к квадрату; получение разрешения на высоту складирования ТБО свыше 20 м; размещение на расстоянии до 15 км от центра сбора ТБО (при одноэтапном вывозе ТБО без применения перегрузочных станций).
Отходы складируют на грунт с соблюдением условий, обеспечивающих защиту от загрязнения атмосферы, почвы прилегающих участков, поверхностных и грунтовых вод, препятствующих распространению болезнетворных микроорганизмов. На полигонах производят уплотнение ТБО, позволяющее увеличить нагрузку обходов на единицу площади полигона и обеспечивающее экономное использование земельных участков. После закрытия полигонов поверхность земли рекультивируют для последующего использования.
Полигоны ТБО должны обеспечить охрану ОС по шести показателям вредности: органолептическому, общесанитарному, фитоаккумуляционному (транслокационному), миграционно-водному, миграционно-воздушному и санитарно-токсикологическому.
Органолептический показатель вредности характеризует изменения запаха, привкуса и пищевой ценности фитотест-растений на прилегающих участках действующего полигона и территорий закрытого полигона, а также запаха атмосферного воздуха, вкуса, цвета и запаха грунтовых и поверхностных вод.
Общесанитарный показатель отражает процессы изменения биологической активности и показателей самоочищения почвы прилегающих участков.
Фитоаккумуляционный (транслокационный) показатель характеризует процесс миграции химических веществ из почвы близлежащих участков и территории рекультивируемых полигонов в культурные растения, используемые в качестве продуктов питания и фуража.
Миграционно-водный показатель вредности выявляет процессы миграции химических веществ фильтрата ТБО в поверхностные и подземные воды.
Миграционно-воздушный показатель отражает процессы поступления выбросов в атмосферный воздух с пылью, испарениями и газами.
Санитарно-токсикологический показатель суммарно характеризует эффект влияния действующих в комплексе факторов.
Термические методы. Существует три метода термического обеззараживания и утилизации ТБО:
· слоевое или камерное сжигание исходных, неподготовленных отходов в топках мусоросжигательных печей;
· слоевое или камерное сжигание специально подготовленных (обогащённых) отходов (освобождённых от балластных составляющих и имеющих относительно стабильный фракционный состав) в топках энергетических котлов или в цементных печах;
· пиролиз и газификация отходов, прошедших предварительную подготовку или без неё;
Оптимальными условиями строительства завода по сжиганию ТБО с утилизацией тепловой энергии могут быть: обеспечение гарантированными круглосуточными и круглогодичными потребителями тепловой энергии в комплексе с подстраховывающими ТЭЦ или котельной; размещение завода в пределах городской застройки в промзоне и радиусе до 7 км (при одноэтапном вывозе ТБО без применения перегрузочных станций) от центра сбора ТБО; наличие шлакоотвала или потребителя шлака в качестве вторичного сырья не далее 10 м от завода; численность обслуживаемого населения более 350 тысяч человек.
Пиролиз отходов основан на способности органической массы отходов при нагревании в инертной среде выделять продукты термического разложения, такие, как оксид углерода, диоксид углерода, водород, метан и другие углеводороды. Этот процесс происходит при подводе тепла. При пиролизе отходов протекают связанные между собой процессы – сушка, сухая перегонка (собственно пиролиз), газификация, а также взаимодействие исходных горючих компонентов отходов с образовавшимися газообразными продуктами.
При газификации получаются частично окисленные газы (оксид углерода, альдегиды, фенолы, эфиры, кислоты, углеводороды, в т.ч. полиароматические) благодаря восстановительным реакциям, в которые вступают продукты полного окисления, такие, как углекислота, вода, соляная кислота и другие, с углеродом или водородом, содержащимися в отходах, а также за счёт неполного или частичного окисления углерода отходов. Газификация может протекать как с подводом тепла, так и с выделением последнего.
Все термические методы направлены, с одной стороны, на санитарно-гигиеническое (огневое0 обезвреживание ТБО, а с другой – на получение тепла при слоевом сжигании исходных или подготовленных отходов, а также на производство твёрдого, жидкого или газообразного топлива при пиролизе отходов.
Компостирование ТБО. Компостировани е ТБО возможно либо на заводах по механизированной переработке бытовых отходов (МПБО) либо на площадках. Оптимальными условиями строительства МПБО в компост являются наличие гарантированных потребителей компоста (органического удобрения или топлива) в радиусе до 20 км; размещение завода у границы города на расстоянии до 15 км от центра сбора ТБО; численность обслуживаемого населения более 350 тысяч человек.
В городах с населением 50-500 тыс. человек при наличии свободных территорий вблизи города целесообразно применять полевое компостирование ТБО как наиболее простой и дешёвый метод обеззараживания и переработки ТБО. Если на заводах МПБО основной технологический процесс – аэробное компостирование – происходит в сложных металлоёмких установках – ферментёрах (биобарабанах, биобашнях), то на площадках полевого компостирования – в открытых штабелях. Правда при этом увеличивается срок переработки с 2-4 суток до нескольких месяцев.
Правильно организованное полевое компостирование, так же как и на заводах МПБО, обеспечивает защиту почвы, атмосферы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения ТБО, позволяет получить в результате переработки ТБО компост. Технология полевого компостирования допускает совместное обезвреживание и переработку ТБО с осадком сточных вод. При смешивании обезвоженного осадка с ТБО в соотношении 3: 7 используются весь осадок сточных вод и все ТБО, образующиеся в городе. Компост, полученный из такой смеси, содержит больше азота и фосфора. Применяют две принципиальные схемы полевого компостирования? С предварительным дроблением ТБО и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения ТБО используют специальные дробилки, во втором – измельчение (менее эффективное) происходит за счёт многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельчённые фракции отделяют на контрольном грохоте. Установки полевого компостирования, оснащённые дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.
Как и заводы МПБО, сооружения и оборудование полевого компостирования должны обеспечить приём и предварительную подготовку ТБО, биотермическое обезвреживание и окончательную обработку компоста. ТБО разгружают в приёмный бункер или на выравненную площадку. Бульдозером, грейферным краном или специальным оборудованием формируют штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования.
В процессе компостирования интенсивно снижается влажность материала, что, для повышения активности биотермического процесса наряду с перелопачиванием и принудительной вентиляцией, требует дополнительного увлажнения материала. Зрелый компост перед отправкой потребителю направляют на грохот, где его очищают от крупных балластных фракций и чёрного металла.
Несмотря на множество предлагаемых схем утилизации бытовых отходов, все таки и у нас и за рубежом основная масса ТБО вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Несколько лучше обстоит дело с твердыми промышленными отходами (ТПО). Токсичные ТПО обезвреживаются на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвращения загрязнения почв и подземных вод отходы подвергают отвердению цементом, жидким стеклом, битумом, обработке полимерными вяжущими и т.д. Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территории зеленых зон городов, в зонах санитарной охраны курортов, в зоне питания подземных источников питьевой воды, в зонах активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин.
Очень сложной и пока еще не решенной проблемой является обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. Наиболее разработанными методами утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т.е. отходов, не связанных с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса, является цементирование, остекловывание, битумирование, сжигание в керамических камерах и последующее перемещение продуктов переработки в специальные хранилища. Всего в России около 20 спецкомбинатов.
Сложнее обстоит дело с захоронением радиоактивных отходов АЭС и ядерных военных производств.
