Современные методы очистки и их потенциальные возможности

Для очистки строят специальные системы очистных сооружений. Загрязняющие вещества после их извлечения поступают на повторную переработку или захоронение. Очистка производится несколькими способами, которые последовательно сменяют друг друга. Для каждого предприятия, в зависимости от особенностей его отходов, проектируются свои очистные сооружения.

Общая схема очистки газообразных выбросов и жидких стоков включает несколько этапов.

Механическая очистка - это удаление загрязняющих примесей с помощью механических устройств методами процеживания, отстаивания, фильтрования, центрифугирования. Для очистки газовых выбросов используют матерчатые фильтры, специальные пылеосадочные камеры и специальные центрифуги (циклоны и гидроциклоны). Для очистки сточных вод применяют сита и решетки (для задержания крупных примесей), отстойники (для медленно оседающих и плавающих примесей), песчаные и гравийные фильтры (для мелких нерастворимых примесей). Поверхностные специфические загрязнители производственных сточных вод удаляются нефтеловушками, маслоуловителями и смолоотстойникам. Механическая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 2/3 нерастворимых примесей, а из промышленных - более 9/10.

Химическая очистка - это удаление загрязняющих примесей химическими реагентами, вступающими с ними в химические реакции и переводящими их в менее агрессивные соединения. Для этого широко используется нейтрализация кислот и щелочей, перевод в малорастворимые соединения, соосаждение минеральных примесей, окислительно-восстановительные реакции, комплексообразование. Химической очисткой достигаетсяуменьшение содержания нерастворимые примесей до 95 %, а растворённых - до 25 %.

Физико-химическая очистка – это флотация, кристаллизация, коагуляция, ионный обмен, адсорбция, экстракция, выпаривание, дистилляция, электролиз и другие методы. Например, с помощью электролиза превращают сложные соединения в более простые и извлекают металлы и другие неорганические соединения. Применяют также огневые методы: расплавленные загрязнители впрыскивают впламя больших горелок. Этим методом можно разлагать диоксины. В большинстве случаев физико–химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.

Биологическая очистка - это удаление загрязняющих примесей с помощью специально созданных экосистем, в которых загрязнители разрушаются или концентрируются микроорганизмами или мелкими животными (активный ил).

Активный ил - это слой почвы на дне очистного водоёма, насыщенный микроорганизмами (бактериями, водорослями, грибами, простейшими) и через который постоянно продувают воздух, что ускоряет процессы биологической очистки. Все эти живые существа бурно развиваются, чему способствуют органические вещества из сточных вод и избыток кислорода. Бактерии склеиваются вхлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды.

Инфузории, жгутиковые, амёбы, коловратки и другие мелкие животные, пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Организмы могут накапливать тяжелые металлы, радиоактивные изотопы и, что особенно важно, растворённые в воде органические вещества, которые не удаётся ни отфильтровать, ни извлечь химическими ифизико-химическими методами. Основной задачей биологической очистки является, по возможности, более полное превращение загрязнений, содержащихся в сточной воде, в безвредные продукты окисления: воду, углекислый газ, нитрат и сульфат ионы и т.д. Разрушение органических веществ при биологической очистке происходит двумя способами:

а) аэробные процессы - процессы, протекающие в естественных условиях (на полях орошения) или вспециальных ёмкостях (аэротенках), где процесс идёт в кислородной среде, и микроорганизмы окисляют органические вещества до минеральных азотных солей;

б) анаэробные процессы - процессы, протекающие в бескислородной среде при компостировании, или вспециальных ёмкостях (метантенках), где органические вещества сбраживаются в бескислородной среде до газа метана (СH₄).

Однако живущие вприроде бактерии и микробы не могут разлагать многие загрязняющие вещества, синтезированные человеком (ксенобиотики), например, - пестициды. Для их разрушения селекционерам-микробиологам приходится выводить специальные штаммы бактерий. После прохождения этих основных этапов очистки сточные воды могут подвергаться доочистке дезинфекции (обеззараживанию) с помощью хлорирования, озонирования ультразвука.

 

7. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И КОНТРОЛЬ ЕЁ КАЧЕСТВА

 

7.1. КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Качество окружающей среды - это степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. Качество окружающей природной среды контролируется с помощью различных индексов загрязнения. Индекс загрязнения (лат. index - указатель, список, опись) – это показатель, качественно и количественно отражающий присутствие загрязнителя вокружающей среде истепень его воздействия на неё и живые организмы.

Для оценки уровня химического загрязнения используют определенные показатели.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это экологический норматив, максимальная концентрация вредного вещества вокружающей среде, которая за определённое время не влияет на здоровье человека и его потомства, не снижает работоспособности человека, не ухудшает его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Определяют ПДК врачи-гигиенисты на основании экспериментальных исследований над подопытными растениями, животными и находящимися под воздействием вредных веществ людей и в соответствии с рекомендациями ВОЗ. Соответственно существуют ПДК для растений, животных ичеловека. В разных странах ПДК могут несколько различаться. В России, как правило, действуют наиболее жесткие ПДК, соответствующие рекомендациям ВОЗ. Разработанные ПДК после их утверждения становятся общегосударственным нормативом, имеющим силу закона. В настоящее время установлено ПДК нескольких тысяч индивидуальных веществ. Для веществ, по которым ПДК не определены, руководствуются ориентировочными безопасными уровнями воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ, которые утверждаются на три года (с возможностью продления). ПДК широко используется для контроля качества воздуха и водной среды.

Для атмосферного воздуха, с целью учёта особенностей обстановки и продолжительности воздействий вредных веществ, введено раздельное нормирование содержания вредных веществ в рабочей зоне и в населенных пунктах. В рабочей зоне, где воздействие ограничено продолжительностьюрабочего дня, предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДК р. з.) - это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая при ежедневной восьмичасовой работе (кроме выходных) или при другой продолжительности рабочего дня, но не более 40 часа в неделю, в течение всего трудового стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, которые могут быть обнаружены современными методами исследований.

В населённых пунктах, где воздействие не ограниченно временными рамками, для каждого загрязняющего вещества установлено два норматива:

- максимально разовая величина ПДК (ПДК м.р.) – это такая концентрация загрязнителя в воздухе населенных мест, которая не должна вызывать рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, насморк, першения в горле, слезоточение глаз, изменение биоэлектрической активности головного мозга и др.) в течение 20-30 минут;

- среднесуточная величина ПДК (ПДК с.с.) - это концентрация атмосферного загрязнителя, не оказывающая общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого негативного влияния на человека при 24- часовом воздействии.

Показатели, используемые для оценки качества водных ресурсов, зависят от вида водопользования. Если водный объект используется для купания, занятий спортом и отдыха, то это культурно-бытовое водопользование. Водоемы рыбохозяйственного назначения – это места расположения нерестилищ, водные объекты для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб. Хозяйственно-питьевое водопользование – это использование водных объектов в качестве хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Существуют и другие виды водопользования – промышленное водоснабжение, сельскохозяйственное орошение, гидроэнергетика и т.д.

ПДК природной воды – это такая концентрация вредного вещества в воде, превышение которой делает воду непригодной для установленного вида водопользования.

ПДК воды устанавливается по общесанитарному признаку вредности, если вредные химические вещества снижают процессы самоочищения водоемов, что приводит к значительному сокращению растворенного в воде кислорода и появлению сероводорода, метана и т.д.

ПДК, установленные по органолептическому признаку, являются самыми жесткими, так как данные концентрации не должны восприниматься органами чувств человека. Вредные вещества промышленных стоков не должны изменять органолептические свойства воды (мутность, запах, температуру и т.д.).

Если вредные вещества оказывают токсическое действие на живой организм, то ПДК устанавливается по токсикологическому признаку вредности.

Следовательно, для одного и того же вещества могут быть установлены разные предельные концентрации по перечисленным признакам. Однако, при нормировании качества воды водоемов ПДК устанавливается по лимитирующему признаку вредности – ЛПВ. ЛПВ – признак вредного действия вещества, который определяется наименьшей пороговой концентрацией.

Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в воде водоемов, используемых для рыбохозяйственных целей, является более жесткой, нежели для водных объектов хозяйственно-бытового назначения. Это связано с тем, что гидробионты способны аккумулировать вредные вещества в опасных для жизни количествах.

Отсчёт ПДК загрязнителя ведётся от фоновой концентрации. Фоновая концентрация - это содержание вещества в окружающей среде, определяемое глобальными приходными процессами.

В крупных промышленных центрах, где сосредоточено много предприятий, соблюдение лишь нормативов ПДК недостаточно для сохранения качества окружающей среды. Если каждое предприятие будет выбрасывать в атмосферу и в водоемы загрязняющие вещества в количествах, близких к верхним пределам ПДК, то суммарный эффект загрязнения окажется значительно выше допустимого. Поэтому на основании величин ПДК устанавливают еще два норматива: предельно допустимый выброс ПДВ и нормативно допустимый сброс НДС.

Предельно допустимый выброс ПДВ - это масса вредного вещества в газовых выбросах, максимально допустимая к поступлению в атмосферу в единицу времени от данного источника, которая не создаёт приземную концентрацию его, опасную для людей и биоты. Другими словами, ПДВ устанавливают при условии, что приземная концентрация вредного вещества не будет превышать ПДК.

При расчёте ПДВ учитываются фоновые концентрации вредных веществ в воздухе и остальных источников загрязнения для населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, сумма которых должна быть меньше или равна ПДК для данных веществ. Для регулирования выбросов вредных веществ используются индивидуальные для каждого вещества и предприятия нормы ПДВ, которые учитывают количество источников, высоту расположения их, распределение предельных выбросов во времени и пространстве, а также размер санитарно-защитной зоны. Ширина санитарно-защитной зоны зависит от класса опасности выбрасываемых веществ и может достигать 1000, 500, 300, 100 и 50 м. При наложении ареалов воздействия нескольких предприятий размер ее увеличивается в три раза. Санитарно-защитные зоны отделяют предприятие от селитебной зоны (жилой зоны), в пределах которой размещены только жилые дома. Обычно в таких зонах запрещено строительство, в них высаживают зелёные насаждения, исходя из климатических условий района, характера производства, а также устойчивости их к загрязнению. Защитная зона способствует разбавлению вредных примесей до допустимого предела (зеленые насаждения очищают и освежают воздух).

Нормативно допустимый сброс НДС - это масса вредного вещества в сточных водах, максимально допустима к сбросу в данном месте водоёма отдельными источниками эмиссии за единицу времени. НДС устанавливают при условии, что концентрация вредного вещества в месте водопользования не превысит ПДК.

Для загрязняющих агентов, имеющих физическую, биологическую или информационную природу существуют свои индексы загрязнения.

Предельно допустимый уровень ПДУ - это максимально допустимый уровень вредного физического воздействия, обеспечивающий экологическую безопасность для здоровья человека и его генетического фонда.

Устанавливается для шумового, электромагнитного, радиационного и других видов физического загрязнения. Так, например, в жилых районах уровень шума не должен превышать в дневные часы 40–50 дБ (децибел), а в ночное – 30 дБ. Небольшой шум (около 35 дБ) в ночное время может вызвать нарушение сна. Уровень шума в 55–75 дБ влияет на нервную систему. Шум более 90 дБ вызывает постепенное ослабление слуха, угнетающе действует на нервную систему, может привести к гипертонии и язвенной болезни. Шум силой 110 дБ и более приводит к так называемому шумовому опьянению. Болевой порог шума – 140 дБ, что соответствует шуму самолета при взлёте (с расстояния 7,5 м). Тиканье часов - это 10 дБ, шепот – 25 дБ, нормальная речь – 50 дБ, шум от оживленной магистрали – 80 дБ.

Биологически допустимый выброс БДВ - это загрязнение природной среды, не приводящее к изменению в видовом составе живых организмов и их численности.

Для осуществления экологического контроля окружающей среды созданы специальные службы на государственном, производственном, муниципальном уровнях.

Государственный экологический контроль осуществляется от имени государства. Государственные инспектора могут предъявлять требования и выдать предписания юридическим и физическим лицам об устранении выявленных нарушений, приостанавливать хозяйственную и иную деятельность нарушителей, привлекать нарушителей к административной ответственности (предупреждение или штраф).

Производственный экологический контроль проводится самим предприятием. Содержание такого контроля зависит от специфики деятельности предприятия. Для выполнения данного вида контроля должна создаваться экологическая служба, но достаточно часто предприятия экономят на содержании собственной службы и привлекают специализированные организации, что снижает эффективность данного вида контроля.

Муниципальный экологический контроль осуществляется органами местного самоуправления или уполномоченными ими организациями. Это новый вид экологического контроля, который осуществляется по законодательству с 2002 года.

По результатам экологического контроля принимаются решения о проведении стабилизирующих или восстановительных работ и устанавливаются экономические и административные санкции за сверхнормативные эмиссии. В качестве методов экологического контроля используются химические, физические, биологические (биоиндикаторы) и комплексные методы анализа веществ.