КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Стратегические мероприятия - это разработка ресурсосберегающих и малоотходных технологий, которые должны стать инженерным идеалом. 2 страница
Рис. 11.15. Технологическая схема очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод Наибольшее распространение находят методы реагентной очистки с применением коагулянтов, в качестве которых используют сернокислый алюминий , хлорное железо , серно- кислое железо известь и др. Соли-коагулянты способствуют укрупнению частиц, образуя хлопья, что делает возможным дальнейшее осаждение и фильтрование мелких нерастворенных, коллоидных и частично растворенных примесей. В ряде случаев физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется. Биологическая очистка сточных вод основана на биохимических процессах с участием микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности разрушают органические соединения и минерализуют их. Микроорганизмы используют органические вещества в качестве источника питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки условно делят на два типа: сооружения, в которых процессы протекают в условиях, близких к естественным, и те, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первым относятся поля фильтрации и биологические пруды, ко вторым - биофильтры и аэротенки. Поля фильтрации - это земельные участки, искусственно разделенные на секции, по которым равномерно распределяется сточная вода, фильтрующаяся через поры грунта. Профильтрованная вода собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в водоемы. На поверхности почвы образуется биологическая пленка из аэробных микроорганизмов, способных перерабатывать органические вещества. Кислород может проникать в грунт на глубину до 30 см; глубже разрушение органики осуществляется в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.
Биологические пруды - это специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные биохимические процессы самоочищения воды в аэробных и анаэробных условиях. Пруды сооружаются как для первичной биологической очистки, так и
Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естественной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применяться и искусственная аэрация. Биофильтры - сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов разложения органических веществ. Это резервуары с фильтрующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периодически разливается по поверхности загрузки, профильтровывается и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно созревает биопленка из различных микроорганизмов, которые выполняют ту же функцию, что и на полях фильтрации, т. е. минерализуют органические вещества. Отмершая биопленка смывается водой и задерживается во вторичном отстойнике. Аэротенки - это резервуары, в которые поступают сточная вода после механической очистки, активный ил и непрерывно подается воздух. Хлопья активного ила представляют собой биоценоз аэробных микроорганизмов-минерализаторов (бактерий, простейших, червей и др.). Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима постоянная аэрация воды. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Основная масса его возвращается в аэротенк, а вода подается в контактные резервуары для хлорирования - обеззараживания (рис. 11.16).
Доочистка сточных вод требуется, если по условиям водо-отведения перед сбросом в водоем необходимо дополнительно снизить концентрацию взвешенных веществ, азота, фосфора, БПК и др. Кроме того, доочистка необходима при повторном использовании сточных вод в технологических процессах. Для доочистки от взвешенных веществ применяют: микрофильтры, фильтры с плавающей загрузкой, установки для пенной флотации и др. Для снижения БПК используют коагуляционные, сорбционные и озона-
торные установки в сочетании с фильтрами. Доочистку от азота и фосфора применяют для предотвращения эвтрофирования водоемов и обрастания трубопроводов и аппаратов водорослями. Для удаления фосфора широко практикуют реагентный метод с использованием извести, сульфатов алюминия и железа. Минеральные соединения азота (нитриты, нитраты и соли аммония) удаляют с помощью физико-химических методов: отдувки аммиака, ионного обмена, адсорбции, электролиза, озонирования, обратного осмоса, электродиализа, дистилляции и др. В последнее время все чаще используют биологические методы: нитрификацию с последующей денитрификацией и биофиксацию фосфора.
Глава 11. Экологические принципы охраны природы Обеззараживание является заключительным этапом обработки сточных вод перед сбросом в водоем. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путем хлорирования газообразным хлором или хлорной известью . Применяют также электролизные установки для получения гипохлорита натрия из поваренной соли Возможно обеззараживание и другими бактерицидными веществами, ультразвуком и ультрафиолетовыми лучами. Малоотходное производство. Для кардинального решения проблем экологии, снижения ресурсо- и энергоемкости производства необходимо развивать технологии утилизации вторичного сырья, полностью использовать все, что добывается из недр, на основе комплексной переработки, т. е. перестроить производство таким образом, чтобы оно стало максимально безотходным, экологически чистым и экономически выгодным. Малоотходные технологии заимствуют свои принципы у природы: отходы одних организмов являются важнейшим ресурсом для других. Например, харьковскими учеными создана технология извлечения графита из копоти металлургических заводов; ее внедрение позволяет отказаться от добычи графитовых руд, исключить складирование отходов производства, улучшить состояние атмосферы. Наиболее рациональным решением проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, т.е. использование очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения. При этом свежая вода забирается из источников водоснабжения только для питьевых целей.
Городские сточные воды также иногда используют повторно на предприятиях разных отраслей. Использование биологически очищенных сточных вод в оборотных системах водоснабжения позволяет частично или полностью отказаться от свежей воды. Доля сточных вод в подпитке оборотных систем может составлять от 5 до 100 %. Замкнутые и оборотные системы водоснабжения - Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы основа бессточных предприятий с локальными очистными установками, повторным использованием сточных вод и рекуперацией отходов (рис. 11.17). Рис. 11.17. Схема малоотходной технологической системы производства Конечная цель ресурсосберегающего производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на n-й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Она считается практически безотходной, когда отходы n-й стадии вновь поступают в производство или становятся совершенно безвредными. Однако рециркуляция отходов не может решить все проблемы, так как требует больших затрат энергии, производство и использование которой, в свою очередь, приводят к загрязнению, деградации окружающей среды и рассеиванию тепла.
Утилизация и ликвидация твердых отходов. В древние времена отходы жизнедеятельности человека возвращались непосредственно на поля, в природу и участвовали в естественных круговоротах веществ. Урбанизация породила проблему санитарии, решение которой с помощью очистных сооружений создало проблему хранения, переработки и утилизации твердых отходов. Обезвреживание и утилизация твердых бытовых и промышленных отходов - последняя ступень очистки. На решетках задер- Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 11. Экологические принципы охраны природы
живаются грубые отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и пр.), которые вывозят на свалки или после дробления направляют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, а затем вывозится и используется по назначению. Методы обезвреживания твердых отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики). Выделяют биологические методы (разрушение органической части микроорганизмами), термические (сжигание), химические (гидролиз), механические (прессование с применением связующих на полигонах). Разрез полигона для захоронения твердых отходов показан на рис. 11.18. Рис. 11.18. Разрез полигона для твердых отходов: 1 - лесозащитная полоса; 2 - промежуточный изолирующий слой; 3 - твердые отходы; 4 - укрывающий наружный слой растительного грунта; 5 - естественное или искусственное водоупорное основание (по М. И. Алексееву, Е. М. Протасовскому, 1990) Большая часть твердых промышленных отходов токсична, поэтому захоранивать их нужно в толще глины. Особо вредные промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах и захоранивают в глубоких котлованах. Кроме технологического паспорта, с каждой партией направляются два акта: в одном подтверждается герметичность упаковки контейнера, в другом указываются название отходов, их количество и причины списания с учета. Контейнеры автокраном спускают на дно котлована. Каждый контейнер со всех сторон засыпают слоем глины (0,5 м). Сверху располагают следующий ряд контейнеров. Размеры котлованов по низу 10x4 м, по верху - 18x12 м, глубина - 4 м в глине, сверху они также засыпаются слоем глины. Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения. Обработка и утилизация осадков сточных вод является очень острой проблемой для крупных городов всех высокоразвитых стран. В процессе очистки взвешенные вещества, содержащиеся в сточных водах, выпадают в осадок в сооружениях механической очистки. Количество сырого осадка напрямую зависит от содержания взвешенных частиц в воде и качества очистки: чем выше качество очистки, тем больше образуется осадка. На очистных станциях с биологической очисткой, кроме сырого осадка, образуется активный ил, количество которого по сухому веществу может достигать 50 % от общего объема осадка. Технические трудности, экологическая опасность и огромные затраты (почти половина эксплуатационных расходов), связанные с транспортировкой, хранением и утилизацией осадков, ставят проблему обработки и утилизации осадков сточных вод в ряд глобальных. Перед утилизацией осадок должен подвергаться предварительной обработке. Цель обработки - уменьшение влажности и объема осадка, неприятного запаха, количества патогенных микроорганизмов (вирусов, бактерий, гельминтов и др.) и вредных веществ; снижение затрат на транспортировку и обеспечение экологически безопасного конечного использования. Для обработки осадков строят специальные сооружения: ме-тантенки, аэробные стабилизаторы, различные установки для обезвоживания и сушки, иловые площадки. Метантенки - это герметически закрытые резервуары, где анаэробные бактерии в термофильных условиях (/° = 30-43 °С)
Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
сбраживают сырой осадок из первичных и вторичных отстойников. В процессе брожения выделяются газы: , водород углекислый газ , аммиак и др., которые могут затем использоваться для разных целей. Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объема применяют обезвоживание на иловых площадках или вакуум-фильтрах, центрифугах и других сооружениях. В результате обезвоженный осадок уменьшается в объеме в 7-15 раз и имеет влажность 50-80 %. Аэробные стабилизаторы - это резервуары, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорганизмами при постоянной продувке воздухом. Обработанный осадок обычно складируется на иловых площадках и затем используется как удобрение. Но традиционный и наиболее удобный способ утилизации осадков в качестве удобрений в конце XX столетия стал весьма проблематичным, так как через системы водоотведения в осадок попадают вредные вещества от промышленных предприятий и из атмосферы. Кроме того, в быту используется большое количество вредных химических веществ. Осадок служит также источником инфекционных болезней. Очевидно, что складируемые осадки, содержащие соли тяжелых металлов, загрязненные патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, вирусами, представляют экологическую опасность и требуют неординарного подхода к режиму размещения и утилизации. Определенную опасность представляет и миграция вредных веществ в грунтовые воды. Сооружение гидронепроницаемых экранов и искусственное затвердение зеркала полигона требуют особого внимания и больших затрат. Кроме того, иловые площадки и полигоны сами могут быть источниками выделения вредных веществ в атмосферу. Эмиссия газов происходит также из почв бывших свалок, полигонов и при транспортировке отходов. Объемы и характер загрязнений атмосферы в полной мере зависят от параметров технологического процесса обработки осадков и, в первую очередь, от температурного режима. Высо-котемературные режимы сушки осадков могут вызвать проблему очистки газовых выбросов. Изучение отечественного и мирового опыта показывает, что разнообразие технологий обработки и утилизации осадков чрезвычайно велико. Физические, химические и биологические методы позволяют получить из осадков различные продукты для использования в промышленности, однако, большинство рекомендаций применимы лишь для переработки малых объемов осадков, основаны на сложных технологиях, требуют большого количества реагентов, огромных инвестиций и нередко вызывают вторичные экологические проблемы. При больших объемах осадков используются в основном две категории методов: термическая сушка и сжигание. При термической сушке сохраняются органические вещества, используемые в качестве удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты. Для крупных очистных станций, осадки которых могут применяться в качестве удобрений, рационально использовать термическую сушку. Если применение осадков в сельском хозяйстве недопустимо из-за повышенного содержания опасных токсикантов, единственным способом, максимально сокращающим объем осадков и обеспечивающим наибольшие экономический и экологический эффекты, является их сжигание. В большинстве развитых стран наблюдается тенденция к увеличению объемов сжигаемых осадков. Главным стимулом к этому является рост цен на землю, что делает освоение новых технологий экономически более выгодным и экологически более эффективным, чем расширение территорий полигонов. Сжигание осадков применяется, если они не подлежат другим видам обработки и утилизации. Мировой опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков
Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
используется в сельском хозяйстве, 50 % размещается на полигонах и около 25 % сжигается. В связи с ужесточением санитарных требований к качеству осадков, уменьшается возможность использования их в сельском хозяйстве. Первый в России и Восточной в Европе завод по сжиганию осадков сточных вод построен по инициативе одного из авторов этого учебника Ф. В. Кармазинова в Санкт-Петербурге. Санкт-Петербург как самый большой город на побережье Балтийского моря несет особую ответственность за сохранение его чистоты. В настоящее время очистка сточных вод города (примерно 2,2 млн м3/сут) осуществляется на трех очистных станциях по классической схеме полной биологической очистки, при которой образуется смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила (12-15 т/сут на 100 тыс. жителей). Осадки - это необеззараженная влажная (до 99,7 %) масса, содержащая до 70 % органических веществ. В условиях общесплавной канализации Петербурга в осадках городских стоков аккумулируется большое количество вредных химических соединений, в том числе 1-го и 2-го классов опасности. Высокие концентрации этих токсических веществ делают невозможным использование осадков сточных вод в качестве удобрений. Многолетние попытки решить проблему утилизации с помощью различных технологий не дали положительных результатов. До 1997 г. ежесуточно с трех станций аэрации города вывозилось на специальные полигоны около 1200 т обезвоженного осадка. Полигоны занимают более 150 га земли в пригородной зоне, ежегодно потребность в таких площадях возрастает на 8-10 га. За 20 лет эксплуатации станций аэрации на полигонах вокруг Санкт-Петербурга скопилось 4 млн т необеззараженных осадков. После досконального изучения отечественного и мирового опыта (Австрия, Великобритания, Германия, Дания, Швеция, Швейцария, Финляндия и др.) в ГУП «Водоканал Санкт-Петер- бурга» пришли к выводу, что оптимальным вариантом в условиях Санкт-Петербурга будет внедрение технологии сжигания осадка. При этом значительно сокращается количество осадка, резко уменьшаются площади для его складирования. Образующаяся зола используется в производстве строительных материалов и других отраслях, тепло, получаемое за счет теплотворной способности самого осадка, также утилизируется. В этом грандиозном проекте главная роль была отведена Центральной станции аэрации (ЦСА). ЦСА, построенная в 1978 г., является первой в Санкт-Петербурге и одной из крупнейших очистных станций в мире. Очистные соружения ЦСА принимают и очищают около 60 % бытовых и промышленных стоков города. Она расположена в устье р. Невы на искусственно намытом острове Белом. Площадь застройки 57 га. Полная мощность станции (1,5 млн м3/сут) была достигнута в 1985 г. В состав ЦСА входят насосные станции, сооружения механической и биологической очистки. До середины 90-х годов на станции действовал только цех механического обезвоживания осадка с помощью центрифуг. Обезвоженный до 80 %, но не обеззараженный осадок (кек) вывозился специально закупленным автомобильным транспортом в открытые хранилища, построенные в отчуждаемых из хозяйственного оборота пригородных землях. Это ухудшало экологическое состояние природной среды и условия проживания и отдыха населения в пригородной зоне. В ноябре 1997 г. была введена в эксплуатацию первая очередь завода (рис. 11.19). Последовательность операций по обработке осадка следующая: - предварительная обработка на решетках; - перемешивание осадка из первичных отстойников с активным илом и процеживание смеси на тонких решетках; - обработка реагентом-флокулянтом и обезвоживание на центр-
Глава 11. Экологические принципы охраны природы - транспортировка обезвоженных осадков к печам сжигания; - сжигание в печах «Пирофлюид» с псевдосжиженным слоем песка (внутренний диаметр печей - 6,7 м, высота - 15,8 м, температура - производительность - 62,5 т/сут). Рис. 11.19. Схема завода по сжиганию осадков сточных вод Очистка газов от пыли осуществляется на электрофильтрах, а от вредных примесей - путем кислой и щелочной промывки. Эффект очистки газов - более 99 %, что удовлетворяет требованиям российских и европейских нормативов (табл. 11.7). Таблица 11.7 Эффективность обработки дымовых газов Глава 11. Экологические принципы охраны природы При внедрении установок по сжиганию осадков сточных вод решаются следующие эколого-экономические задачи: - прекращается вывоз необеззараженного осадка, что позволяет прекратить вырубку лесов для новых площадей складирования осадка; - в печах в качестве топлива используются осадки сточных вод (природный газ необходим лишь для розжига печей); - тепловая энергия, образующаяся при сжигании осадков, рекуперируется(лат. recuperation - возвращение) в котлах - утилизаторах и используется для производственных нужд; - образующаяся зола используется в качестве добавок при изготовлении кирпича, легких бетонов, облицовочных материалов, дорожного покрытия и др.; - годовые эксплуатационные расходы на сжигание осадка в 1,9 раза меньше, чем на обработку 1000 м3 осадка на полигонах; - для изготовления оборудования задействованы крупнейшие промышленные предприятия Санкт-Петербурга. Выполненные расчеты показали, что затраты на модернизацию всей системы обработки осадков на ЦСА Санкт-Петербурга в нынешних условиях экологически эффективны и экономически выгодны. Таким образом, в Санкт-Петербурге создан первый отечественный практически экологически безопасный, почти безотходный и экономически рентабельный высокоавтоматизированный технологический комплекс по обработке и утилизации осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод. Учитывая, что проблема утилизации осадков сточных вод очень остро стоит во всех регионах, опыт Санкт-Петербурга, очевидно/ будет востребован во многих крупных городах России. В будущем большая доля потребности в сырье для промышленности должна удовлетворяться продуктами переработки промышленных и бытовых отходов.
Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
11.4. Принятие решений Принятие решений в области ох- и управление раны окружающей природной среды проблема чрезвычайно сложная, так как результаты принятых решений оцениваются различными заинтересованными сторонами по-разному. Например, для какого-то города вывоз и захоронение отходов на полигонах в санитарном, экологическом и экономическом отношениях наиболее эффективны. Однако для тех, кто живет вблизи мест захоронения, такое решение будет не лучшим, так как это связано с движением грузовых машин и другими экологическими опасностями. Другой пример: закрытие целлюлозно-бумажного завода, администрация которого не может обеспечить природоохранные мероприятия, является лучшей мерой с точки зрения охраны природы. Но если в данной местности завод - единственное предприятие, то для работающих на нем это неприемлемо. Необходимо помнить, что окружающая среда - сложная система, состоящая из множества тесно связанных элементов, и воздействие на один из них неизбежно сказывается на других. Поэтому, чтобы сохранить или улучшить качество охраняемой системы в целом, часто приходится жертвовать отдельными ее составляющими и идти на компромиссы. Комплексный анализ различных сред, т. е. одновременная оценка степени воздействия на почву, воздух и воду, позволяет находить правильные решения. Очистка потоков воды, содержащей нерастворенные взвеси, является характерным примером того, как возникает поток отходов в виде осадков, в результате чего проблема загрязнения воды переходит в проблему загрязнения почвы, требуя принятия соответствующих решений. Очистка воздуха от диоксида серы S02 с помощью извести порождает проблему загрязнения почвы и воды. При сжигании отходов решается проблема загрязнения почвы, но может возникнуть проблема загрязнения воздуха. Частичное или даже полное решение одной проблемы нередко приводит к появлению или обострению каких-либо других проблем. Приведем один из возможных подходов к комплексному анализу загрязнения различных сред. Масса m каждого загряз- массы загрязняющего вещества что даже небольшие количества загрязняющих веществ наносят большой вред, степень ущерба выражается кривой А. Директор предприятия может считать более реальной кривую Б. Линии В и Г отражают другие возможные точки зрения. Для некоторых видов загрязнений характер подобных зависимостей изучен, но для большинства веществ формы кривой неизвестны. В этих случаях прибегают к мнению экспертов. Некоторые загрязнения сильно рассредоточены - их влияние распространяется на большие расстояния, они могут нанести больший вред, чем вещества, распространение которых поддается строгому контролю. Кроме того, некоторые виды загрязнений очень стойкие, и их действие со временем возрастает. Чтобы учесть всю совокупность этих воздействий, для каждого вида загрязнения (р) вводится модифицированная функция МР: МР = 0,1*с, где с = х + t + е; х - масштаб распространения действия; t - стойкость загрязнения; е - возможность переноса (табл. 11.8).
Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы Глава 11. Экологические принципы охраны природы
Как видно из табл. 11.8, суммарный показатель с может принимать значения от 3 до 8, а Мр, соответственно - от 0,3 до 0,8. Если загрязняющее вещество нестойко и не имеет области распространения, то Мр = 0,1; если значения х, t и е максимальны, то Мр = 0,8. Обычно на практике рассматривают несколько видов загрязнений, относительная значимость которых учитывается с помощью весового множителя WP. Сумма значений WP принимается равной 1000. Если в системе два загрязняющих вещества А и Б, но А вдвое опаснее Б, то WA = 667, а WБ = 333. Суммарный ущерб от всех видов загрязнений, наносимый среде (воздуху, почве или воде), оценивается показателем ухудшения качества среды К: (11.24) где р - номер загрязняющего вещества; dPS - степень ущерба для выбранного варианта решения s; WP - весовой множитель; МР - модифицированная функция.
Дата добавления: 2014-11-18; Просмотров: 757; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |