Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

рис. 10.24. Схема биофильтра с принуди-

тельной подачей воздуха:

/ — трубопровод подачи исходной сточной воды;

2 — водораспределительные устройства; 3 —

фильтровальная загрузка; 4 — трубопровод отвода

очищенной сточной воды; 5— гидравлический за-

твор; 6 — трубопровод подвода сжатого воздуха;

7— корпус фильтра

димое для окисления всех органических примесеи, содержащихся в

единице объема сточной воды.

Объем загрузочного материала V= (L

— L)/M, где L

— ВПК

исходной и очищенной сточной воды, кг/м

; М— окислительная

мощность биофильтра — масса кислорода, которая может быть полу-

чена в сутки с единицы объема загрузочного материала биофильтра,

кг/(м

• сут).

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных

вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту проте-

кающих в них биохимических процессов, что особенно важно для

очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окис-

лительная мощность аэротенков составляет 0,5... 1,5 кг/м

в сутки. В

зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффек-

тивности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой пода-

чей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей

сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При ВПК >0,5 кг/м

используют аэротенки с дифференцируемой

(сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в на-

чале сооружения (рис. 10.25). Воздух, интенсифицирующий процесс

окисления органических примесей, распределяется равномерно по

всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточ-

ной воде осуществляют механическими или пневматическими аэра-

торами. Окислительная мощность аэротенков существенным обра-

зом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очи-

стке производственных сточных вод концентрация ила обычно со-

ставляет 2...3 кг/м

по сухому веществу.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления

органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в

311

7 2

3 4 5

Рис. 10.25. Технологическая схема

1 — трубопровод подачи исходной сточной

воды; 2 — первичный отстойник; 3 — тру-

бопровод подачи активного ила для повтор-

ного использования; 4 — аэротенк; 5 — тру-

бопровод отвода отработанного ила; 6 —

трубопровод отвода очищенной сточной

воды; 7—вторичный отстойник; 8 — тру-

аэротенка:

7 6

бопровод подвода сжатого воздуха

них технического кислорода и повышения концентрации активного

ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в

объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют.

Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора по-

ступает в илоотделитель, в котором происходит выделение из нее от-

работанного ила. При проектировании окситенков необходимо пре-

дусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезо-

пасности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при

эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.

10.2.3. Питьевая вода и методы обеспечения ее качества

Качество питьевой воды в настоящее время регламентируется

СанПиН 2.1.4.1074—01 «Питьевая вода. Гигиенические требования

к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.

Контроль качества». Указанный документ регламентирует качествен-

ные и количественные санитарно-токсикологические и органолеп-

тические показатели воды: максимальное допустимое содержание

вредных веществ, мутность, цветность, запах, вкус.

Источниками питьевого водоснабжения могут быть поверхност-

ные и подземные воды. В зависимости от степени загрязненности

и качественного состава загрязнений воды в источниках применяют

различные способы ее очистки для обеспечения нормативного каче-

ства, аналогичные способам, применяемым для очистки сточных вод,

а также специальные методы, которые не применяют или применяют

крайне редко при очистке сточных вод. К таким специальным мето-

дам относят прежде всего методы обеззараживания воды от болезне-

творных бактерий, методы сорбционной очистки, опреснение и обес-

соливание воды и ряд методов удаления из воды наиболее характер-

ных примесей, например железа, марганца, диоксинов, галогенорга-

нических соединений.

312

Методы обеззараживания воды. Наиболее распространенным ме-

тодом является обработка воды хлором (хлорирование воды). Хлор об-

ладает широким спектром антимикробного действия. Для хлорирова-

ния применяют либо газообразный хлор, который подается в обеззара-

живаемую воду, либо твердые хлорсодержащие вещества, например

гипохлорит натрия. Хотя хлорирование воды наиболее распространен-

ный и дешевый способ ее обеззараживания, он обладает рядом суще-

ственных недостатков. Во-первых, хлор — сильное вещество и его

хранение в больших количествах в газообразном или сжиженном

виде на станциях подготовки питьевой воды представляет серьезную

опасность и требует особых мер обеспечения безопасности. Во-вто-

рых, избыточный хлор, введенный в воду, в свободном состоянии сам

представляет серьезную опасность для человека. Он также может

вступать в реакцию с оставшимися в воде микропримесями органи-

ческих соединений с образованием крайне токсичных веществ, на-

пример хлороформа, который обладает канцерогенным действием.

Подобные реакции ускоряют при нагреве и кипячении воды, поэтому

перехлорирование воды представляет опасность, для уменьшения ко-

торой необходимо перед кипячением отстаивать воду в приоткрытой

емкости для удаления растворенного в ней избыточного хлора.

Другим, более распространенным и прогрессивным методом обез-

зараживания воды является озонирование. Применение озона в каче-

стве дезинфеканта воды лишено недостатков, связанных с использо-

ванием хлора. Кроме обеззараживания, озон устраняет запахи, обес-

цвечивает воду и улучшает ее вкусовые качества. Введение озона

в воду не изменяет ее минеральный состав, щелочность, содержание

свободной углекислоты. Такое действие озона связано с его исключи-

тельно высоким окислительным потенциалом. Переозонирование

воды, в отличие от перехлорирования, не представляет опасности,

так как озон нестабилен и быстро распадается с образованием кисло-

рода, повышенное содержание которого в воде полезно. Однако в по-

следние годы отмечены недостатки озонирования, связанные с тем,

что при содержании в воде ионов брома он может окисляться озоном

с образованием окислов брома (бромат-ионов), которые токсичны.

Поэтому в настоящее время для избежания образования броматов

вводят более жесткие технологические режимы озонирования. Озо-

нирование — более дорогой метод обеззараживания воды, но более

эффективный. Для его осуществления необходимы на станциях водо-

подготовки озонаторные установки, в которых озон получают путем

расщепления молекулы кислорода под действием высоковольтных

313

электрических разрядов (подобно тому, как воздух атмосферы озони-

руется под действием разрядов молнии).

Наряду с указанными выше реагентными методами все большее

распространение получают безреагентные методы, например, обезза-

раживание воды ультрафиолетовым излучением. Бактерицидным

действием обладает ультрафиолетовое излучение с длиной волны

200—295 нм, которое приводит к уничтожению бактерий, вирусов,

водорослей и других микроорганизмов, присутствующих в воде. В от-

личие от хлорирования и озонирования ультрафиолетовое излучение

не обладает побочными вредными эффектами, связанными с воз-

можным изменением химического состава и появлением токсичных

веществ. Основное требование при УФ-обработке — прозрачность

воды, которая не является существенным ограничением в системе во-

доподготовки, так как устранение мутности воды обычно достигается

в предварительных ступенях ее обработки.

К безреагентным методам относят термическую обработку (5—

10-минутное кипячение, широко используемое в быту), обработку

ионизирующими облучениями (рентгеновское облучение), токами

высокой частоты.

Сорбционная очистка питьевой воды. Сорбционная очистка —

улавливание загрязнений поверхностью высокопористого твердого

материала. Наиболее распространенным адсорбентом являются ак-

тивированные угли или активированные древесные угли (АУ). Кроме

улавливания вредных примесей, с высокой эффективностью АУ де-

хлорируют воду.

Опреснение и обессоливание воды применяют для удаления из воды

солей, например, при опреснении морской воды. Наиболее распро-

страненными методами являются дистилляция, обратный осмос,

электродиализ и ионный обмен, описанный выше.

Дистилляция основана на нагреве воды, ее испарении и последую-

щей конденсации паров. В образующемся конденсате практически

отсутствуют растворенные соли.

Обратный осмос — процесс обратный прямому осмосу — заключа-

ется в том, что если разделить закрытый сосуд полупроницаемой

мембраной из специального материала (например, ацетатцеллюло-

зы) на две части, в одной из которой будут находиться растворы солей

с различной концентрацией, то начинается процесс выравнивания

концентрации, заключающийся в диффузии растворителя через мем-

брану менее концентрированного раствора в более концентрирован-

ный. При этом повышается давление в части сосуда с более концен-

трированным раствором. Процесс диффузии продолжается до тех

314

пор, пока давление не компенсирует диффузионный напор. Такое

давление называют осмотическим давлением. Например, для сочета-

ния морская вода и дистиллированная вода осмотическое давление

может достигать 25 • 10

Па. Если в части сосуда с более высокой кон-

центрацией соли создать давление, превышающее осмотическое, то

начинается процесс диффузии растворителя из концентрированного

раствора в чистый (явление обратного осмоса). При этом чистая вода

проникает через мембрану, а соли остаются в растворе в концентри-

рованном виде. На этом процессе основаны аппараты обратного ос-

моса.

Электродиализом называют процесс переноса ионов через мем-

брану под действием приложенного к ней электрического поля. Для

очистки воды используют электрохимически активные ионитовые

мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мем-

браны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из раз-

мельченной в порошок ионообменной смолы. В зависимости от того,

из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анио-

нитовые мембраны. Первые способны пропускать лишь катионы

вредных примесей, а вторые — анионы.

Водоподготовку осуществляют на централизованных станциях,

на которых приводят последовательную очистку воды в аппаратах

различных типов в зависимости от состава загрязнения источника во-

доснабжения. При отсутствии системы централизованного водо-

снабжения применяют компактные модульные установки, рассчи-

танные на меньшую производительность и использующие указанные

методы очистки.

В быту используют малогабаритные очистные аппараты для до-

очистки воды после водоподготовки на централизованных системах

водоснабжения. Такая доочистка является крайне желательной, так

как централизованные системы водоподготовки могут иметь недос-

татки, а вода после них при подаче к потребителю может повторно за-

грязняться окалиной, тяжелыми металлами. Особенно это характер-

но при подаче воды по старым изношенным водоводам.

Бытовые фильтры имеют различное устройство, в зависимости от

которого удаляют нерастворимые соединения (песок, коллоиды, час-

тицы ржавчины и т. д.), растворенное и нерастворенное железо, мар-

ганец, сероводород. Сорбционные фильтры служат для удаления ос-

таточного хлора, растворенных газов, органических соединений,

улучшения органолептических показателей. Существуют также ульт-

рафиолетовые стерилизаторы; обратноосмотические, ионообменные

и электрохимические фильтры.

315

10.3. ЗАЩИТА ЗЕМЕЛЬ

10.3.1. Обращение с отходами

Радикальное решение проблемы защиты земель от отходов возмож-

но при разработке новых технологий и малоотходных производств. Для

обобщения особенностей малоотходного производства можно выделить

ряд взаимосвязанных принципов, лежащих в его основе.

Ключевым в этом ряду является принцип системности (рис. 10.26,

а). В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс или

производство рассматриваются как элемент более сложной индуст-

риальной системы. Так, например, отходы нефтехимии — шламы,

теплоэнергетики — золошлаковая смесь, химической промышлен-

Продукт Продукт

Отходы

«п»

раз

Рис. 10.26. Принципы малоотходных технологий:

а — системности; б — комплексности; в — цикличности. Увеличение числа «п» ведет к суще-

ственному снижению отходов

316

ности — отсев извести используются для получения цемента, при

этом возникающие отходы используются в промышленности строи-

тельных материалов, а отходы последней — в сельскохозяйственной

отрасли и т. д.

Другой важнейший принцип — принцип комплексности исполь-

зования сырьевых ресурсов (см. рис. 10.26, б). Практически все ис-

пользуемое сырье многокомпонентно, и в среднем на 1/3 его стоимо-

сти составляют сопутствующие элементы. Так, уже в настоящее вре-

мя практически все серебро, висмут, платину, более 20 % золота и

около 30 % серы получают «попутно» при переработке комплексных

руд. Повышение комплексности использования ресурсов, например,

в лесопромышленном производстве, имеет не только экологическое,

но и важное экономическое значение.

Третьим принципом создания малоотходного производства явля-

ется принцип цикличности материальных потоков (рециклинг) (см.

рис. 10.26, в), где важную роль играют замкнутые водооборотные цик-

лы, рециркуляция газовых потоков, утилизация твердых отходов. Во

всем мире это направление приобретает весьма важное значение. Уже

сейчас технически возможно использовать 2/3 образующихся отхо-

дов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сы-

рья примерно в 4 раза меньше, чем первичного. Эколого-экономиче-

ский эффект использования вторичного сырья на примере трех рас-

пространенных видов отходов представлен в табл. 10.6.

Таблица 10.6. Эффект, %, по отношению к производству

из первичного сырья

—Вид производства

Достигаемый эффект

Сталь из желез-

ного лома

Стекло из стек-

лобоя

Бумага из маку-

латуры

Сокращение:

загрязнения воздуха 86 14 73

загрязнения воды 76

—

твердых отходов 57 79 39

Экономия:

энергии

6 70

воды

40 50 61

первичных ресурсов 90 54 100

В нашей стране за счет использования вторичного сырья произво-

дится 30 % стали, 25 % бумаги, 20 % цветных металлов. Однако суще-

ствуют пределы в утилизации отходов. По мере увеличения доли вто-

ричного сырья, в материальных циклах идет накопление примесного

вещества. Например, в стали, выплавленной из металлолома, накап-

317

25 50 75 100

Степень утилизации, %

Рис. 10.27. Влияние степени утилизации отходов на расход энергии

ливается медь, цинк, кобальт. При увеличении степени утилизации

отходов требуются большие затраты энергии на очистку и сепарацию

данного вида отходов. Влияние степени утилизации на расход энер-

гии показано на рис. 1,0.27.

Из этой закономерности следует вывод о принципиальной недос-

тижимости 100 % утилизации отходов, т. е. невозможности создания

абсолютно безотходного производства.

Правовые основы обращения с отходами определяет Федераль-

ный закон «Об отходах производства и потребления» (1998), который

преследует две цели:

— предотвращение вредного воздействия отходов на здоровье че-

ловека и окружающую природную среду;

— вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве допол-

нительных источников сырья.

Закон формулирует основные понятия.

Отходы производства и потребления — остатки сырья, материалов,

полуфабрикатов, изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе

производства или потребления, а также товары, утратившие свои по-

требительские свойства (закон не распространяется на отходы в виде

выбросов в атмосферу, сбросов в водные объекты, радиоактивные от-

ходы).

Опасные отходы — отходы, содержащие вредные вещества и обла-

дающие опасными свойствами (токсичностью, взрыво-пожароопас-

ностью, высокой реакционной способностью) или содержащие воз-

будителей инфекционных болезней.

Обращение с отходами — деятельность, в процессе которой отхо-

ды образуются, собираются, используются, обезвреживаются, транс-

портируются, размещаются (хранятся или захораниваются).

318

Объект размещения отходов — специально оборудованное соору-

жение, предназначенное для временного или постоянного размеще-

ния отходов (полигон, шламохранилище, отвал горных пород и др.).

Лимит на размещение отходов — предельно допустимое количест-

во отходов конкретного вида, которое разрешается размещать опре-

деленным способом на установленный срок с учетом экологической

обстановки на данной территории (аналог ПДВ и ПДС).

Норматив образования отходов — установленное количество отхо-

дов конкретного вида при производстве единицы продукции (рассчи-

тывается с учетом типа технологии и коэффициента использования

материалов).

Паспорт опасных отходов — документ, удостоверяющий принад-

лежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасно-

сти, содержащий сведения об их составе.

Промышленные отходы (ПО) классифицируются по агрегатному

состоянию: твердые (строительный мусор, пустая горная порода,

шлак, зола, металлы, пластмассы, резина и т. п.); пастообразные

(шламы очистных сооружений сточных вод, краски, смолы, загущен-

ные нефтепродукты) и жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости,

растворители, отходы гальванопроизводства и т. п.). Их разделяют на

два вида: нетоксичные (неопасные, нейтральные для окружающей

среды и человека) и токсичные.

В соответствии с Санитарными правилами «Порядок накопле-

ния, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных

промышленных отходов» (1985) токсичные промышленные отходы

подразделяют на четыре класса: I класс — чрезвычайно опасные (нали-

чие в отходах ртути, хромовокислого калия, оксида мышьяка и других

токсичных веществ); И класс — высокоопасные (наличие хлористой

меди и никеля, азотокислого свинца, сурьмы и др.); III класс — уме-

ренно опасные (наличие, например, сернокислой меди, оксида свин-

ца, четыреххлористого углерода); IV класс — малоопасные.

Класс опасности промышленных отходов определяется природо-

пользователем расчетным путем по нормативному документу «Мето-

дические рекомендации и порядок определения класса опасности от-

ходов» (1996).

Природопользователь, кроме того, обязан организовать сбор,

временное хранение токсичных отходов на территории предприятия,

рассчитать норматив образования отходов, согласовать лимит на раз-

мещение отходов с территориальными органами Госсанэпидемнад-

зора и составить паспорт опасных отходов.

Нетоксичные ПО используются для засыпки оврагов, в качестве

изолирующего материала на свалках бытовых отходов, при строи-

319

тельстве дорог и дамб. Часть токсичных отходов, слаборастворимых в

воде, III и ГУ классов опасности допускается для совместного склади-

рования и сжигания с твердыми бытовыми отходами при условии со-

блюдения санитарно-гигиенических требований.

Основная номенклатура токсичных ПО в соответствии со СНиП

2.01.28—85 должна подвергаться обработке на специальном регио-

нальном полигоне. Полигон является природоохранным объектом,

включающим:

— завод по обезвреживанию и утилизации токсичных ПО;

— гараж специализированного автотранспорта;

— участок захоронения неутилизируемых токсичных отходов;

— сооружения очистки поверхностных вод, хозяйственно-быто-

вой канализации и дренажа.

На полигоне осуществляют сбор токсичных ПО на предприятиях,

их транспортировку, прием, учет, обезвреживание и захоронение.

Статистика промышленных стран Европы показала, что подав-

ляющее количество токсичных ПО (до 80 %) органического происхо-

ждения. По физическому состоянию и теплотворной способности от-

ходы бывают:

Твердые, органического происхождения 50 -ь 60 % (15 -ь 20 МДж/кг)

Пасты и шламы органического происхождения . . 10 -ь 15 % (12-ь25 МДж/кг)

Жидкие органические отходы Ю ч- 15 % (5 4- 28 МДж/кг)

Шламы, содержащие органические и минеральные за-

грязнения 6-^8%

Отходы неорганические 8 -ь 10 %

Наиболее распространенными методами обезвреживания ток-

сичных промышленных отходов в настоящее время являются:

— для отходов органического происхождения — сжигание при

высоких температурах —900 1100°С (при наличии галогенсодержа-

щих соединений до 1200 1400°С). При этом методе большая часть

всех токсичных отходов обезвреживается, а объем несгоревших ос-

татков может быть доведен до 10 % первоначального объема;

— для неорганических веществ — физико-химическая обработ-

ка в несколько стадий, которая приводит к образованию безвредных,

нерастворимых в воде соединений.

Типичная установка для сжигания неутилизируемых токсичных

органических отходов представлена на рис. 10.28. Вращающийся ба-

рабан печи является основным элементом установки для сжигания

отходов. Загрузка печи твердыми отходами осуществляется мостовым

краном с грейфером, пастообразные отходы в бочках подаются при

320