Городское строительство и хозяйство

разработка и внедрение малоотходных технологий;

обеспечение полной биологической очистки и глубокой доочистки сточных вод населенных мест и промпредприятий;

рациональное водопользование в сельском хозяйстве, включая обоснованность и режимность в применении удобрений и пестицидов;

соблюдение водоохранных зон и правил хозяйственной деятельности в них;

рациональное ведение хозяйства в пределах территории водосбора;

соблюдение природоохранных норм добычи и разработки подземных ископаемых, их обогащения, транспортировки, включая нефть и продукты ее переработки;

соблюдение правил производства буровых и строительно-монтажных работ в водоохранных зонах;

предотвращение сброса любых отходов с судов и иных плавучих средств;

сокращение (а по возможности и предотвращение) поступления биогенных элементов (азота и фосфора);

обеспечение постоянного контроля состояния и показателей состава водоемов (лучше - стационарными средствами мониторинга).

Под регулированием качества понимают воздействие на факторы, влияющие на состояние водного объекта, с целью соблюдения норм качества воды. Улучшению качества поверхностных вод способствуют определенные предупредительные, организационные и технические приемы. Один из них - поддержание и восстановление самоочищающей способности водоемов, в том числе за счет жизнедеятельности высших водных растений, насыщающих воду кислородом, под воздействием которого снижается содержание ионов кальция и магния.

Водоохранные зоны несут важную защитную функцию на любом водном объекте, особенно малых реках, составляющих свыше 95% водотоков. Эти зоны включают: пойму реки, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны коренных берегов, участки эродированных земель, балки протяженностью более 10 км или любой протяженности, но при крутизне склонов более 8є.

Водоохранная зона устанавливается от среднего летнего уреза воды: для рек длиной более 50 км минимальной шириной 300 м; менее 50 км - 200 м; менее 25 км - 100м. Максимальная ширина водоохраной зоны может достигать 1,5-2 км за счет широкой поймы, эродированных склонов коренного берега и т.п.

Для озер и водохранилищ водоохранная зона зависит от площади акватории и изменяется от 300 до 500 м; для прудов при небольших площадях акваторий изменяется от 50 до 100 м. При сложившейся городской застройке ширина водоохраной зоны не нормируется, а устанавливается с учетом экологической ситуации и архитектурно-планировочной организации территории.

В пределах водоохранных зон запрещается:

применение опыливания ядохимикатами при борьбе с вредителями, болезнями растений и сорняками;

размещение складов для хранения ядохимикатов и минеральных удобрений, площадок для заправки аппаратуры ядохимикатами;

устройство взлетно-посадочных полос для ведения авиационно-химических работ;

размещение животноводческих ферм и комплексов, оросительных систем с использованием навозосодержащих сточных вод, мест складирования навоза, свалок мусора и отходов производства, мест захоронения;

строительство новых и расширение действующих примышленных предприятий;

стоянка, заправка топливом, мойка и ремонт автотракторного парка;

проведение замыва пойменных озер и стариц.

По границе прибрежной полосы устанавливаются водоохранные знаки. В пределах прибрежных полос дополнительно запрещается распашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и удобрений, производство строительных работ, устройство баз отдыха и палаточных городков.

В водоохраной зоне малой реки создают систему защитных лесных насаждений, которая включает: а) прирусловые лесные полосы; б) пойменные лесные насаждения; в) насаждения на террасах и коренных берегах речных долин (включая прибровочные лесные полосы); г) насаждения в оврагах и балках, включенных в водоохранную зону (в том числе прибрежные и прибалочные лесные полосы).

Прирусловые лесные полосы обычно создают из двух поясов - берегоукрепительного (три и более рядов ив) и ветроломного (от шести до двадцати рядов ветлы, тополей и др.).

Пойменные насаждения включают полосы вокруг стариц, озер и на валах, насаждения на участках высокой поймы.

При создании прирусловых полос и насаждений поймы, учитывают шкалу поймостойкости пород: ива белая (ветла), тополь черный, евроамериканский гибрид тополя, тополь белый, вяз гладкий ольха серая и черная, дуб черешчатый, ясень пенсильванский и ланцетный, липа мелколистая, клен остролистый, береза повислая, робиния, сосна обыкновенная.

Насаждения на коренных берегах речных долин, а также прибровочные лесные полосы и насаждения в оврагах и балках создают по зональным рекомендациям.

Для подземных вод основными отрицательными последствиями антропогенного воздействия являются загрязнение и истощение. Под охраной подземных вод понимается комплекс мероприятий, напрвленных на сохранение и улучшение такого качественного и количественного состояния подземных вод, которое позволяет использовать их в народном хозяйстве.

Следует иметь в виду, что загрязнение подземных вод взаимосвязано с состоянием окружающей природной среды: невозможно предотвратить их загрязнение, если отходы поступают в поверхностные воды, атмосферу, почвы, поскольку круговоротом воды эти составляющие биосферы тесно связаны. Водоохранные мероприятия по защите подземных вод от загрязнения подразделяются на профилактические и специальные.

Профилактические меры:

выбор месторасположения объекта (промышленного, сельскохозяйственного) с минимальным воздействием на окружающую среду и подземные воды;

оборудование и тщательное соблюдение зон санитарной охраны водозаборов подземных вод;

изучение защищенности подземных вод;

оборудование на крупных промышленных объектах наблюдательной сети скважин для контроля за уровнем и химсоставом подземных вод;

выявление и учет фактических и потенциальных источников загрязнений подземных вод;

введение банка данных состояния подземных вод и отражение его в виде картографической информации.

Специальные водоохранные мероприятия:

ликвидация очагов загрязнения подземных вод путем откачки из центра очага загрязнения;

откачка загрязненных подземных вод для локализации области загрязнения и недопущения дальнейшего распространения загрязняющих веществ по водоносному горизонту;

сооружение защитных водозаборов для перехвата загрязненных подземных вод и создание гидравлического водораздела (завесы) между областью вод и эксплуатируемыми чистыми подземными водами;

создание непроницаемых экранов (стенок) вокруг очага загрязнения;

одновременный отбор по вертикали посредством ярусной системы скважин чистых и загрязненных вод (во избежание подсоса последних в чистый водоносный горизонт).

Проведение специальных защитных мероприятий требует больших затрат, зачастую представляет собой сложную и громоздкую техническую систему, включающую обязательную очистку откачиваемых загрязненных вод. Поэтому в охране подземных вод наиболее важными являются предупредительные мероприятия, не допускающие их загрязнения.

Под истощением подземных вод понимается уменьшение их естественных и (или) искусственных запасов вследствие превышения расходования подземных вод над их питанием. Причинами подобного истощения могут быть вырубка лесов, распашка земель, спрямление и отвод рек, отбор подземных вод водозаборами, водопонизительными установками, дренажами и т.п. При этом истощение может иметь временный характер (сезонное) и постоянный (из-за хозяйственной деятельности).

9. Экология водопотребления

Экология водного хозяйства представляет собой составную часть промышленной и прикладной экологии, основана на их принципах и методах. Под экологией водного хозяйства населенных мест будем понимать воздействие на окружающую природную среду и взаимосвязь потребления природных вод человеком и сброса отходов его жизнедеятельности, а также разработку норм использования, нагрузок и способов предотвращения деградации среды жизни при этом. Экология водопотребления является частью экологии водного хозяйства и изучает процесс воздействия на окружающую среду и взаимосвязь потребления природных вод человеком с разработкой принципов рационального использования водных ресурсов без деградации среды жизни.

Экологизация водного хозяйства населенных мест.

Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в районах жилой застройки населенных мест не является оптимальным.

Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях часто являются совместными для жилой и промышленной зоны. В отдельных случаях, чаще всего на крупных предприятиях, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.

Принято рассматривать два типа взаимосвязанных водохозяйственных объектов - населенный пункт с промышленностью и отдельно промпредприятие.

Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды, с территории промплощадок могут сбрасываться в систему водоотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.

Системы водообеспечения промышленных предприятий в зависимости от водных и технологических процессов могут быть прямоточного, повторного (последовательного) и оборотного водоснабжения. Нет необходимости доказывать наибольшие экономические и экологические преимущества последней.

Прямоточная система водоснабжения может быть применена только в случае технической невозможности или экономической нецелесообразности иных. К сожалению, до 80% мелких и средних предприятий в настоящее время имеют такие системы водообеспечения, что свидетельствует о низком уровне культуры производства и излишних энергетических затратах на подачу и отвод, их кондиционирование на очистных сооружениях водопровода и канализации и, как следствие, повышенных нагрузках на окружающую среду.

При прямоточном водообеспечении вся забираемая из водоисточника вода Qист сбрасывается в приемник сточных вод Qсбр, за исключением безвозвратно расходуемой в производстве Qпот. Баланс расходов в данной схеме очевиден:

Qсбр = Qист + Qпот

Более совершенной по сравнению с прямоточной является схема последовательного использования воды, которое может быть двух-трех-четырехкратным. В этом случае количество сбрасываемых сточных вод уменьшается на величину суммарных потерь на ряде производств (заводов, цехов) и на очистных сооружениях со шламами Qш:

Qсбр = Qист - (Qпот 1 + Qпот 2 +Qшл)

При повторном водоиспользовании качество сточных (отработанных) вод предыдущей ступени должно удовлетворять технологическим требованиям к воде последующего водопользователя. К разновидностям повторного водообеспечения можно отнести схему, когда требуется кондиционирование сточной воды предыдущей ступени (охлаждение, удаление взвесей и т.д.) перед ее использованием на последующей.

В зависимости от технологического назначения, вода в системе оборотного водообеспечения может быть повергнута различной обработке. Если вода является теплоносителем и в технологическом процессе только нагревается, перед последующим использованием ее охлаждают (в пруду, брызгательном бассейне, градирне). В том случае, когда вода выполняет роль транспортирующей среды, перед подачей в оборотный цикл ее кондиционируют на очистных сооружениях. Возможен вариант предварительной обработки воды перед повторным использованием путем очистки от загрязнений и охлаждения.

Оценивая экологическую значимость всей системы водного хозяйства, отметим, что система канализации является приемником огромного количества загрязнений, сопровождающих жизнедеятельность человека в быту и на производстве. Какой бы совершенной ни была система очистки сточных вод, все равно остаются осадки, выделяются газы в атмосферу, потребляется энергия на очистку воды, выводятся из сельскохозяйственного оборота земли на накопители, иловые площадки, биопруды и т.д. Особенно тяжело переносит природа сброс в канализацию вредных микропримесей - солей тяжелых металлов, нефтепродуктов, поверхностно-активных средств, ксенобиотиков.

Вывод: нужно рационально потреблять привозные и добываемые из недр материалы: топливо, соли различных металлов, кислоты, щелочи, металлы, удобрения, средства защиты растений, моющие средства и любые другие продукты, на производство которых расходуются природные ресурсы.

Комплексное рациональное водопользование.

Водопользование представляет собой использование человеком водных объектов в социальной, хозяйственной и бытовой деятельности.

К общему водопользованию относится пользование водными объектами без применения сооружений или технических устройств, влияющих на состояние вод (например, пляжи, места рыбной ловли). Общее водопользование осуществляется без получения на него разрешения от органов регулирования и управления водными ресурсами.

Специальным водопользованием являе 6тся пользование водными ресурсами с применением сооружений или технических устройств. К нему относятся пользование водными объектами или их частью для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения, потребностей в воде сельского и рыбного хозяйства, промышленности, энергетики, водного транспорта, лесоповала, а также для сброса сточных вод, если указанные виды водопользования производятся при помощи строительства и эксплуатации специальных сооружений (водозаборов, плотин, шлюзов, поглощающих скважин, выпусков сточных вод, оросительных систем и т.д.).

Не относятся к водопользованию строительные, дноуглубительные, взрывные работы, добыча полезных ископаемых и водных растений, прокладка трубопроводов и кабелей, буровые, геологоразведочные работы и иные виды работ на водных объектах или в их прибрежной полосе, если они не связаны с заборами воды и отведением в водоемы сточных вод, регулированием стока.

В конце 80-х гг. в среднем структура потребления воды в России на различные нужды характеризовалась следующими данными, %:

промышленное водопользование - 60:

хозяйственно-питьевое водоснабжение - 13;

орошение - 23;

сельскохозяйственное водоснабжение - 4.

Потребление воды в любых масштабах затрагивает интересы водопользователей от самой малой деревни до крупнейших городов-мегаполисов, от уровня района до межгосударственного, поскольку это вызывает изменения в бытовой, социальной и природной сферах, причем эти изменения могут быть как позитивные, так и негативные. Из этого следует необходимость комплексного рассмотрения водопользования с учетом потребностей каждого участника и при минимальном отрицательном воздействии на ОПС.

Водохозяйственный комплекс представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих ресурсы одного водного бассейна. Основными требованиями к нему являются:

рациональное обеспечение потребителя водой в достаточном объеме и соответствующего качества;

сохранение природных условий и гарантии охраны вод от загрязнения, засорения и истощения;

обеспечение наибольшего эколого-экономического эффекта;

гарантии простой надежной работы.

Рациональное использование и охрана вод зависит от эффективности государственного управления и рассматриваемой сферы отношений. Управление построено по бассейновому принципу, затрагивающему интересы краев, областей, городов, районов.

В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-экономическое обоснование развития территориально-производственного комплекса, которое составляется с целью:

создания здоровой комфортной среды обитания жителей;

создания эффективной структуры производства основных видов продукции;

охраны ОПС;

комплексного использования водных ресурсов.

Эффективность использования водных ресурсов как для масштаба территориально-производственного, так и для отдельных его представителей характеризуется следующими категориями:

удельная норма водопотребления на одного жителя, на единицу выпускаемой продукции;

потребление свежей воды;

количество воды, находящейся в обороте;

количество сточных вод, поступающих на биологическую очистку;

общее количество сточных вод, сбрасываемых в водный объект;

условное количество загрязнений в сбрасываемых сточных водах;

возврат сточных вод в производство;

воздействие водохозяйственного комплекса на ОПС;

рекреационный потенциал водного объекта;

продуктивность рыбохозяйственного комплекса;

уровень перевозок водным транспортом;

защита водных объектов от антропогенной деятельности;

технологическая, экономическая, социальная и экологическая эффективность.

Степень рационального использования водных объектов на промышленном предприятии характеризуют следующие факторы:

объем (процент) применения безводных технологий производства;

последовательное (повторное) использование воды в технологических операциях;

локальные замкнутые циклы систем технического водоснабжения отдельных цехов, участков и т.д.;

уровень совершенства методов локальной очистки сточных вод, утилизация технологических продуктов при этом;

оптимизация процессов водообеспечения и водоочистки в направлении малоотходных технологий, вторичных материальных ресурсов;

полное использование очищенных источников вод города на технические нужды промышленных предприятий;

степень использования очищенных сточных вод предприятия на сельскохозяйственные нужды.

10. Экология водоотведения

Экология водоотведения является составной частью экологии водного хозяйства, в ней рассматривается воздействие на окружающую среду и взаимосвязь жидких отходов человеческой деятельности с разработкой нагрузок, норм использования и способов, предотвращающих деградацию среды жизни этими отходами.

Под жидкими отходами человеческой деятельности в данном случае понимаются все категории сточных вод, образующиеся в быту, обществе, промышленности, сельском хозяйстве, включая атмосферные.

Создавая комфортные условия обитания, обеспечивая социально-культурные и производственные потребности человека, водопроводная вода претерпевает изменения, превращаясь после ее использования в жидкие отходы - сточные воды. Классификация сточных вод основана на их происхождении - генезисе.

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в жилых и общественных зданиях, на промпредприятиях (при приготовлении пищи, после санитарных приборов, стирки и т.п.).

Происхождение и состав промышленных сточных вод определяется характером производства и водообеспечения.

Характер загрязнения производственных сточных вод в основном определяется профилем предприятия, составом перерабатываемых материалов, сырья и видом выпускаемой продукции.

По концентрациям загрязненные производственные сточные воды подразделяются на 4 группы, мл/л:

слабоконцентрированные 0-500;

среднеконцентрированные 500-5000;

концентрированные 5000-30000;

высококонцентрированные - более 30000.

По агрессивности, рН:

неагрессивные 6,5-8;

слабоагрессивные 6-6,5 и 8-9;

сильноагрессивные - менее 6 и более 9.

Общий расход сточных вод промпредприятий определяется в зависимости от объема выпускаемой продукции по укрупненным нормам водопотребления и водоотведения. При этом в норму водоотведения входят удельные расходы загрязненных сточных вод, условно чистых (не подлежащих очистке) и бытовых.

Нормативно чистые производственные сточные воды - после охлаждения техпроцессов - после снижения температуры, используется в основном для оборотного водоснабжения, хотя в некоторых случаях их сбрасывают в дождевую систему водоотведения, что свидетельствует о низком уровне водного хозяйства на предприятии и что недопустимо по экологическим и экономическим соображениям. В условиях рыночной экономики, введения платы за воду как за ресурсы следует ожидать прекращения этих сбросов.

Дождевые и талые воды, а также поливочные с территории населенных пунктов и предприятий, можно рассматривать как среднеконцентрированные промышленные сточные воды, которые большей частью сбрасываются в водоемы без очистки, что является нарушением санитарных норм.

В состав поверхностного стока непременно входят компоненты обрабатываемого сырья. Например, в поверхностных водах заводов по производству фосфорных удобрений присутствует фосфор, мясокомбинатов - жиры и т.д.

В хозбытовую систему сбрасываются воды после душевых, пищеблоков, санузлов, а также производственные, которые можно обезвредить на городских очистных сооружениях, т.е. прием которых возможен в городскую систему водоотведения.

Дождевые воды с крыш и территории промплощадок следует отводить на очистные сооружения поверхностного стока, поскольку их загрязненность мехпримесями, маслонефтепродуктами, а также сырьевыми материалами близка к среднеконцентрированным стокам. При отсутствии на предприятии оборотной системы водоснабжения в дождевую канализацию допускается направлять условно-чистые производственные сточные воды (чаще всего после охлаждения).

Производственные сточные воды, содержащие загрязнения, не допускаемые к сбросу в городскую систему водоотведения или превышающие допустимые нормы, должны отводиться по отдельным трубопроводам и обезвреживаться локально на предприятии. При наличии нескольких таких потоков вопрос их совместного или раздельного водоотведения рассматривается при проектировании в зависимости от состава и методов обезвреживания.

Если сточные воды промпредприятий не соответствуют приведенным ограничениям, то перед сбросом в сеть их необходимо обработать на локальных очистных сооружениях (местные нормы на прием производственных сточных вод в городскую сеть водоотведения с учетом специфики их состава, ПДК и ПДС разрабатываются службами водопроводно-канализационного хозяйства и утверждаются муниципальными властями).

На основании длительного изучения влияния различных химических соединений на флору и фауну установлены предельно допустимые концентрации для водоемов различных категорий водопользования. При этом вещество нормируется по санитрано-токсикологическому, общесанитарному лимитирующему или органолептическому показателю вредности.

Основные направления экологизации систем водоотведения.

Экологизация - это процесс неуклонного, постепенного и последовательного внедрения систем технологических, управленческих, организационных и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов и условий с улучшением или хотя бы с сохранением качества природной среды. Общая экологизация - объективные, более системный подход и осознание природы в жизни человека, новый этап культуры.

Согласно определению Европейской экономической комиссии ООН безотходная технология - это практическое применение знаний, методов и рационального использования природных ресурсов и энергии, а также защиты окружающей среды.

Малоотходная технология является промежуточным этапом создания безотходной. Составными элементами их являются: комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов; уменьшение или полное исключение загрязнения окружающей среды промежуточными продуктами, отходами производства и потребления путем переработки и получения из них товарной продукции; создание замкнутых систем производственного цикла.

Первым шагом в этом направлении является создание систем повторного и оборотного водоснабжения. При создании оборотных и замкнутых систем водоснабжения необходимо рассматривать основной технологический процесс и очистку сточных вод как единое целое.

Аналогичный подход должен реализовываться и при проектировании и эксплуатации систем водного хозяйства отдельных районов, территориально-промышленных комплексов, агропромышленных образований.

Следует отметить, что при этом будет возрастать стоимость мероприятий по охране гидро- и атмосферы. Но данные затраты не являются вычетом из национального подхода. Они компен 6сируются предотвращенным или ликвидируемым ущербом, который наносится выбросами. Следствием выбросов будут увеличенные расходы на подготовку воды для нужд питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения; снижение продуктивности рыбного и лесного хозяйства, животноводства, урожаев; возрастание расходов на восстановление природного состояния водоемов, на медицинское обслуживание населения и т.д.

При комплексном решении водохозяйственного баланса в регионе следует учитывать, сто технологические нормативы качества оборотных вод, зачастую менее жесткие, чем к очищенным, сбрасываемым в водоемы. Это позволяет существенно сократить нагрузку на природную среду за счет уменьшения энергетических затрат на очистку вод, забора свежей воды, на подпитку оборотных систем.

Выбор оптимальных технологических схем очистки вод и замкнутых систем водоснабжения обосновывае 6тся технико-экономическими расчетами. При этом даже при экономической нецелесообразности в первую очередь следует принимать проекты и технологии, обеспечивающие улучшение санитарно-гигиенических условий на предприятии, в городе, в регионе. Не следует забывать один из основных законов экологии - "ничто не дается даром", а также народную мудрость - "скупой платит дважды".

В наибольшей степени способствуют изложенным положениям экологизации процессов очистки сточных вод следующие технические решения и мероприятия.

1. Механическая очистка:

совершенствование гидродинамических режимов существующих отстойных сооружений путем устройства струенаправляющих перегородок, регулирования сбора осветленной жидкости, увеличения коэффициента полезного использования, оборудования их тонкослойными блоками, сто позволит в 2-3 раза увеличить гидравлическую нагрузку и получить эффект очистки по взвешенным веществам не менее 65%

применение вместо отстойников сетчатых установок, обеспечивающих эффект очистки сточных вод по взвешенным веществам 40-95% (в зависимости от физико-химических характеристик твердой фазы и типа сетчатой перегородки). К таким установкам относятся барабанные сетки, микрофильтры, устройства фильтрующие самоочищающиеся;

предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами, флокулянтами, активным илом, отработанной биопленкой (для хозбытовых сточных вод), что позволяет получить менее влажную твердую фазу и повысить эффект очистки 75-80%;

расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензий и эмульсий взамен гравитационных; основу таких техпроцессов составляют гидроциклоны различных конструкций (открытые, напорные, многопродуктовые, многоярусные, классификаторы и т.д.), а также центрифуги. Их применение уменьшает потребные производственные площади для размещения на 1-2 порядка, позволяет получить менее обводненные осадки шламы), масло-, нефте-, жиропродукты, создает возможность вторичного использования компонентов.

совершенствование существующих и разработка новых (напорных и безнапорных) фильтровальных установок, обеспечивающих возможность максимальной утилизации продуктов регенерации при высокой эффективности выделения загрязнений.

2. Химическая очистка:

применение более активных коагулянтов, флокулянтов, реагентов, содержащих меньшее количество инертных компонентов, чем в настоящее время;

применение для определенных процессов газообразных, твердых и жидких промышленных отходов.

Например, дымовые газы котельных, содержащих сернистый ангидрид, травильные растворы гальванического производства, шлифовальные нитритсодержащие жидкости, железный скрап и стружка металлообработки могут применяться для восстановления шестивалентного хрома в сточных водах;

повторное использование шламов и осадков химической очистки вод для предварительной обработки загрязнений;

выделение и утилизация в основном или вторичном производстве продуктов реакции. Например, содержащийся в промывных сточных водах и отработанных дубильных растворах кожевенного производства трехвалентный хром после нейтрализации известью осаждается в виде гидрооксидов, последующая обработка Cr(OH)3 серной кислотой позволяет получить вновь дубильный раствор, содержащий Cr(SO4)3;

организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающих их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.

3. Физико-химическая очистка:

существенное расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, электродиализа, экстракции, адсорбации, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении;

разработка и создание новых селективных типов сорбентов для избирательного выделения определенных компонентов из сточных вод с целью вторичного использования;

широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах.

Например, для жидких отходов: кубовые остатки красильных ванн (автоклавов) после их механического осветления (как вариант - фильтрованием) используются повторно в крашении с корректировкой состава. Аналогично поступают и с отработанными электролитами (растворами) гальванопокрытий. Для твердых отходов: графитированные углесодержащие отходы электродных производств имеют развитую поверхность супер- и микропор, обеспечивающих эффективную очистку и доочистку сточных вод сорбцией от нефтепродуктов, красителей, нитратов, фосфатов и других загрязнений;

развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, полученной из биогаза, а также гальванокоагуляцию, которая представляет собой комплексный физико-химический окислительно-восстановительный процесс;

развитие передвижной сервисной сети обслуживания абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, провести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод. Провести указанные операции на отдельных предприятиях не всегда возможно по техническим и организационным причинам, а наличие специализированной организации, проводящей по согласованному графику эти работы, повышает технологическую эффективность;

разработка методов предварительного физического и химического воздействий на очищаемые воды, физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная и др.), приводящая к изменению физико-химических характеристик и соответственно к более глубокой степени выделения загрязнений из вод; к химическим способам относится активация поверхностных свойств фильтрующих материалов химическими веществами с целью увеличения эффективности очистки вод.

способ "мокрого сжигания" (огневой, термический способ обезвреживания), применяемый в настоящее время для ликвидации концентрированных трудноокисляемых органических загрязнений (капролактам, нитроциклогексанол и т.д.), без специальных гозоочистных установок приводят к загрязнению атмосферы.

4. Биологическая очистка:

развитие и применение на практике метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод перед аэробным окислением;

повсеместное использование искусственных носителей биомассы позволяет увеличить ее концентрацию до 50г/л с разработкой новых систем обеспечения кислородом (носители биомассы типа "Ерш", "Вий", "Ромашка" и т.д.), что позволяет иметь экологическую трофическую цепь питания микроргранизмов по взаимоотношению "хищник - жертва" по ходу движения очищаемых сточных вод;

широкое применение биосорбционных методов, обеспечивающих глубокую очистку вод не только от биологически "мягких" органических и азот содержащих веществ (определяемых по БПК), но и "жестких", а также неорганических (ХПК) с одновременной биорегенерацией сорбентов. Следует ожидать расширения ассортимента используемых в биосорбентах загрузок помимо активированных углей: углесодержащие отходы электродных производств, полученные пиролизом сорбенты из активного ила, торфа и т.д.;

регулирование соотношения групп микроорганизмов - аммонификаторов - нитрификаторов - денитрификаторов - азотфиксаторов в биоценозе аэрокислителей, что обеспечивает глубокую деазотизацию сточных вод;

биологическая доочистка сточных вод иммобилизованной микрофлорой от частиц активного ила с использованием прироста биомассы моллюсками и с передачей последних на корм птицам.

использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью 120 лк/мІ. Продуцируемый бактериями при окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый последними в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая (до 2-3 мг/л по БПКп) очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.

Воздействие человека на почву и влияние ее загрязнения на объекты биосферы.

Почва - это особая органо-минеральная природная многофазная структурная система, обдадающая плодородием, возникшая в поверхностном слое выветривания горных пород в результате воздействия живых организмов на органические и минеральные субстраты, разложения мертвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха, в различных условиях климата, рельефа и времени в гравитационном поле Земли.

Основное свойство почвы - плодородие. Оно, связано с качеством почв, в том числе с содержанием в них простых элементов, мощностью, загрязненностью и т. д. Убирая ежегодно урожай, человек тем самым отчуждает накопленные в почве сотнями и тысячелетиями питательные вещества - элементы питания растений. Запас их в почве не безграничен, даже с учетом всех вносимых в мире удобрений. Деградация и потери почвенного покрова в последнее десятилетие особенно увеличились в засушливых местах и полузасушливых районах мира, прилежащих к пустыням. Это так называемый процесс опустынивания, по борьбе с которым в ООН разработан всемирный план действий.

В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:

1. Аридизация суши - комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодиях, окаймляющих пустыни, почвы превращаются в пустыни.

2. Эрозия почв, т. е. разрушение почв под воздействием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия - смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Отмечаются при крутизне уже 1--2°, чем круче склон, тем интенсивнее эрозия. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, направление вспашки (по склону).

Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частиц почвы, с которыми выносятся важнейшие вещества. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота. Известно, что пыльные бури уничтожали почвы огромных сельскохозяйственных территорий Азии, Южной Европы, Африки, Австралии и Америки. Так в 1934 г. в США в районе распаханных прерий Великой равнины 20 млн га пыльной бурей превращены в бросовые земли, а 60 млн га резко снизили свое плодородие.

Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники. иррациональная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии.

3.3асоление почв в основном связано с этими нарушениями. Различают естественное засоление, когда губительное количество углекислых солеи Са, Мg, Nа накапливаются в почве, поступая из грунтовых вод, и вторичное засоление орошаемых почв. В этом случае из-за отсутствия дренажа на поливных участках и гидро¬изоляции оросительных систем, происходит подъем грунтовых вод, заболачивание земель и их засоление.

В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель значительно засолено и потеряны миллионы ранее плодородных земель.

Изменение содержания микроэлементов в почве немедленно сказывается на здоровье травоядных животных и человека. Недостаток или избыток тех или иных микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, вызывая различные заболевания. Так недостаток йода в почве (Западные области Украины) ведет к болезни щитовидной железы и кретинизму, недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания - причина болезни, приводящей к поражению суставов, их деформации, задержке роста (С. Китай, р-ны Забайкалья, Дальнего Востока и др.). Недостаток фтора вызывает кариес зубов (одл. на реке Дон и др.). Выбросы предприятий и транспорта попадают в почву, изменяя состав микроэлементов.

Основными источниками регионального заражения почвы канцерогенами являются выхлопы самолетов, автотранспорта, выбросы промпредприятий, продукты нефтепереработки и др. Таким образом, основная опасность загрязнения почвы связана с глобаль¬ным загрязнением атмосферы.

Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вредных веществ в почве устанавливают с учетом опасности не только от непосредственного контакта с ней, но главным образом с учетом последствий вторичного загрязнения контактирующих с почвой растений и животных, атмосферы и водоемов. Наряду с безвредными живыми организмами в почве обитают постоянно или временно патогенные (греч. раtlios - страдание и genos-- рождение) - болезнетворные организмы - возбудители инфекционных болезней: сибирской язвы, газовой гангрены, столбняка, ботулизма и др.

Заражение человека может наступить при обработке почвы уборке урожая, строительных работах и т. д. К числу более опасных болезней человека и животных относится сибирская, язва (возбудитель - сибирская язвенная палочка, которая попадая в почву с мочой и испражнениями больных животных, образует вокруг себя спору и она в таком состоянии может сохраняться годами). Человек, как правило, заражается при контакте с животными. В почвах встречается также столбнячная палочка (заражение происходит через поврежденную кожу или слизистую, спороносная палочка (возбудитель ботулизма-тяжелого пищевого отравления). Кроме перечисленных в почве могут присутствовать кишечная палочка, аэробные и анаэробные бактерии, различные гельминты.

Оценку санитарного состояния почв проводят в соответствии с "оценочными показателями санитарного состояния почвы населенных мест". В качестве химического показателя берут санитарное число - частное от деления количества белкового азота на количество органического азота. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается.

В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки и титр одного из анаэробов, т.е. определение количества изменяемого параметра на единицу объема.

Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а санитарно-энтомологическим наличие личинок и куколок мух в 0,25 м ее поверхности.

Значение почв для жизни на Земле и развития человеческого общества невозможно переоценить. Земля сегодня может прокормить 15 млрд чел. Следует учитывать, что оставшиеся нераспаханными пахотопригодные. земли все низкого качества. Лучшие земли уже распаханы. Кроме того, освоение новых земель потребует вовле¬чения новых ресурсов пресной воды, а свободных запасов пресной воды в мире уже нет.

Говоря о земельных ресурсах мира, необходимо иметь в виду и их соотношение с прогрессивным ростом населения планеты, что объективно ведет к прогрессивному уменьшению пахотопригодной земли на душу населения. В целом мировая норма фонда пахотопригодных земель на души населения снизилась с 1,5 га 1900 г. до 0,55 га 1990 г.

Техногенная интенсификация производства способствовала загрязнению и дегумификации, уплотнению, нарушению, вторичному засолению, эрозии почв и другим негативным последствиям.

Загрязнение почв - это привнесение в почву новых (не характерных для нее) физических, химических или биологических агентов или превышение их концентраций естественного средне-многолетнего уровня в рассматриваемый период времени. В связи с тем, что почва - это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязняющих веществ в смежные сферы: атмосферу, литосферу, и гидросферу, а также в продукты питания (через растения).

Применительнок уровню региона, области, города, района и иных типологических географических единиц, где имеется антропогенное воздействие на ОПС состояние может быть охарактеризовано через характеристики ландшафта. В настоящее время более половины территории суши всей планеты представлены антропогенными ландшафтами. Если в естественных ландшафтах природные процессы саморегулируются, то в антропогенных они контролируются человеком, во многом определяя в целом состояние ОПС. Поэтому целесообразно рассмотреть, каким образом населенные пункты влияют на ландшафты и отходами жизнедеятельности.

Рассматривая населенный пункт как термодинамически откры¬тую экосистему, отходы его следует понимать как отвод необра¬тимого рассеивания энергии, как энтропию городской среды, обуславливающие устойчивость, при допустимых их количествах, и саморегуляцию ОПС.

11. Отходы жизнедеятельности

Твердые бытовые отходы (ТБО) - это твердые отбросы и другие вещества, не утилизируемые в бытовой деятельности человека, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей, включая твердую фазу сточных вод. К отбросам относятся непригодные для использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые на свалку. Отбросы и отходы, если их не удалять своевременно, являются причиной дурных запахов, развития мух, грызунов, т. е. создают помимо загрязнения почв и атмосферы опасную санитарно-гигиеническую обстановку. Все отбросы и отходы подразделяются на твердые, жидкие и газооб¬разные. К твердым отбросам относятся: мусор из жилых и; общественных зданий, строительный мусор, отбросы учреждений питания, торговли, промышленности, уличный смет, лед, снег.

Защита городской среды от ТБО состоит в обеспечении сбора, накопления, транспортировки, пере¬работки (складировании) отбросов и отходов. Определение количества транспортных единиц, потребных площадей и т. п. технических слагающих этого процесса производится на основе средне¬суточных норм накопления отбросов.

Повышение уровня комфортности жилья приводит к увеличению на 1--3% в год от каждого жителя. При определении количества мусора на предприятиях, в общественных зданиях и д. показатели относятся к одному рабочему, служащему, посетителю, зрителю. они составляют от 0,02-0,3 кг/сут., при этом на нормы накопления отходов влияют климат, характер застройки, демографические показатели, уровень промышленного развития, торговли, сферы услуг и т. д. Неравномерность накопления ТБО имеет место по дням недели, времени года, суток.

Годовое количество мусора:

Qг= p*М + giПi', м 3,

где р - расчетная норма мусора накопления на 1 чел, мэ/год; М - количество жителей в населенном пункте, чел.; gi-- удельная норма накопления мусора на 1 рабочего, служащего и т. д., на производстве, в общественных, зрелищных и пр. зданиях, м 3/год; Пi - количество рабочих, служащих и т. д. соответственно, чел.

Среднесуточный объем мусора:

Qс=Qг x Ki/365,

где Ki - коэффициент суточной неравномерности накопления мусора принимается равным 1,2--1,3.

В населенных пунктах России ежегодно образуется около -115--118 млн м 3 ТБО. Исходя из сложившегося ежегодного прироста, ожидадось, что 2005 г. их объем возрастет до 170 - 180 млн м 3. К настоящему моменту стало 300 м 3. Основная масса ТБО имеет размер компонентов менее 0,25 м (95--98%). Крупногабаритные отходы (мебель, ящики, елки и т. п., составляющие 15--25 кг/чел-год,) не включаются расчетные характеристики проектирования полигонов.

Загрязнение атмосферы компонентами свалок и полигонов ТБО определяется выделением биогаза, содержащим: углекислый газ, метан, сероводород, аммиак, фосфина, и др. суммарным объемом до 5 м 3 в 1 м 3 . В результате выпадения атмосферньгх осадков и процессов развивающихся в теле полигона образуется фильтрат, содержащий органических ве¬ществ по БПКП = 7,4 г/л, по ХПК =12,9 г/л, хлоридов до 55 г/л, рН = 5,3 - 9,0, коли-титр 0,00001, яйца гельминтов до 10 шт./л. Фильтрат, даже при наличии противофильтрационных экранов, поступает в подземные воды, загрязняя их. Исследователя показано, что фильтратом за 2 года из 1 т ТБО в подземные воды выносится 0,5 кг хлоридов, 12 кг сульфатов, 1 кг сульфидов, с одновременным выносом бактериальных загрязнений, вызывающих брюшной тиф, паратиф, дизентерию, туберкулез. Обезвреживание ТБО является главной составляющей охраны ОПС.

Наиболее распространенные, в большей степени природные, приемы обработки ТБО:

1) открытые свалки - неконтролируемый сброс отходов, без уплотнения, изоляции, чаще всего "диким" способом; наиболее низкий и неприемлемый способ удаления ТБО;

2) закрытые свалки - в настоящее время самый распространен¬ный организованный метод обезвреживания, позволяющий обра¬батывать большие объемы ТБО при относительно малом воздей¬ствии на ОПС, однако при этом методе отсутствует утилизация продуктов ТБО;

3) полигоны ТБО - более современный способ обработки.

(отходов, совмещающий достоинства предыдущего, но при этом утилизируется "биогаз", метан (55--60%). образующийся в теле полигона вследствие анаэробной биодеструкции органических веществ. С каждой тонны ТБО образуется до 200 м газа, отводимого системой горизонтальных дырчатых труб в газгольдер, и используемого в топливных или энергетических установках. К сожалению такого отечественного практического опыта не имеется. Данные природные методы обработки ТБО рассчитаны на длитель¬ное (более 100 лет) отторжение площадей, поэтому их нельзя

признать перспективными, поскольку отходы не включаются в малые и большие круговороты вещества и энергии и, следователь¬но, ведут к дополнительной антропогенной нагрузке на ОПС, снижению ее экологической, резистентной устойчивости;

4) компостирование - биохимический процесс обезвреживания ТБО, результатом которого является отсутствие выбросов, отходов, занимаемых площадей, получение биотоплива и компоста, исполь¬зуемого в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Как и любая другая технология более высокого уровня биокомпостирование требует соблюдения режимных параметров по соотношению

С : N : Р; температуры, влажности, интенсивности аэрации, перемешивания, сушки и т. д. Процесс этот может осуществляться в буртах, на площадках с высотой слоя ТБО не более 2 м или во вращающихся барабанах диаметром 3--3,5 м и длиной не менее 20 м. В тоже время преимущества последнего варианта компостирования ТБО очевидны, так как срок обезвре¬живания сокращается до 6 суток. Мусороперерабатывающие заводы используют именно эту технологию;

5) Прессование - принудительное разделение ТБО на твердые и жидкие компоненты и последующая переработка давлением 80 МПа. Получаемый при таких параметрах твердый материал имеет объемную массу около 1000 кг/м и используется в строительстве дорог, жидкая фаза подвергается компостированию;

6) пиролиз - нагрев до 600--800°С ТБО в условиях дефицита кислорода, что приводит к термическому разложению органиче¬ской части и обезвреживанию, получению при этом горючих газов, нефтепродуктов. Следует констатировать с сожалением, что отечественного практического опыта прессования и пиролиза ТБО нет. Сжигание ТБО, имеющих теплотворную способность в зависимости от морфологического состава и влажности 800-- 2000 ккал/кг привлекательно в случае комплексного использова¬ния образующегося тепла для выработки тепловой или электриче¬ской энергии, а также защиты атмосферы от газов и твердых выбросов, утилизации образующегося (до 20%) шлака, содержа¬щего потенциальные источники загрязнения (тяжелые металлы).

За рубежом комплексные подходы к сжиганию ТБО реализованы достаточно широко (Франция, ФРГ, Италия, Венгрия). Единичные (Сочи, Пятигорск, Москва и другие), построенные без учета морфологического состава ТБО мусоросжигательные заводы России, ориентированные только на сжигание, являются энергетически затратными и не оправдывают возлагаемых надежд общества на существенный природоохранный эффект. Одним из основных приемов предотвращения воздействия полигонов ТБО на городскую среду является обеспечение зоны санитарной охраны не менее 500 мг При этом эффективность защиты ПС будет выше, если эта зона| заполнена деревьями. Вероятнее всего для нашей страны наиболее! перспективными методами обезвреживания ТБО будут 2, 3 и 4.

Твердые и жидкие отходы предприятий.

Полигоны ТБО могут быть приемниками не только бытовых, и твердых отходов промпредприятий, если их совместное складирование не приводит к нарушению условий эксплуатации, т. е. к загрязнению ОПС.

Отходы производства (промышленные) - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. В отличие от ТБО промышленные отходы следует рассматривать в первую очередь как вторичные материальные ресурсы, пригодные для повторного использования в различных отраслях народного хозяйства.

В странах СНГ угольная промышленность ежегодно образует 1,3 млрд шахтных пород и около 80 млн т отходов углеобогащения; в черной и цветной металлургии ежегодный выход шлаков превышает 80 млн т; около 100 млн т зол и шлаков направляют в отвалы тепловые электростанции; древесных отходов накапливается около 40 млн м 3 .

Вынужденное хранение огромного количества отходов, их удаление в отвалы приносят убытки производителям и потребителям. Так зольные отвалы лишь одной крупной тепловой электростанции требуют для их хранения от 500 до 1000 га земли; ежегодные затраты лишь на удаление в отвалы отходов, на организацию и содержание отвалов составляют свыше 10% стоимости добываемого угля или производимых электроэнергии и пара.

Выброс сернистых газов при агломерации 1 тонны руды составляет 190 кг; при коксовании 1 тонны угля образуется 300--320 м коксового газа, из которых примерно 6%, или 20 м, поступает в атмосферу; при получении 1 тонны алюминия в атмосферу выбрасывается 20 кг фтора; углеводороды, сероводород, оксиды азота, сернистый ангидрид, аммиак, хлористые соединения, пары стирола, фенола, формальдегид и другие вещества, находящиеся в газовых выбросах химических производств металлургических предприятий. Общеизвестно, что такие вещества как сероводород, кислоты, нитробензол, стирол, фенол, формальдегид и многие другие, являются токсичными, т.е. вредными, содержащими яды. Сернистые газы, выброс в атмосферу которых предприятиями всех стран очень велик, уже сейчас приводят к образованию кислотных дождей, приносящих человечеству огромный ущерб.

Источниками, угрожающими жизни на Земле, являются тепловые электростанции, работающие на углях, особенно с высокой зольностью. При работе этих электростанций выбрасываются сотни золы и ежесуточно десятки тонн серного ангидрида, взаимодействующего с парами воды и выпадающего в виде серной кислоты.