Защита гидросферы от вредных выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита гидросферы от вредных выбросов

1. Механическая очистка. Физико-химические методы очистки. Биологическая очистка

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистка промышленных выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже, водная среда более ранима и чувствительна к загрязнениям.

Защита гидросферы от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств: рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода; разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков; использованием средств очистки стоков.

С целью стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно организовывать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, чем сброс сточных вод. Если при этом для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффективную очистку собственных стоков.

Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек русла реки, этим увеличивается интенсивность перемешивания и кратность разбавления стоков.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка сточных вод от взвешенных частиц (твердых частиц, частиц жиро-, масло- и нефтепродуктов) осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют на вертикальных и наклонных решетках с шириной прозоров 15...20 мм и на волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей от осадков частиц осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью, большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях. Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Песколовки бывают с горизонтальным, вертикальным и круговым движением воды. Конструктивная схема горизонтальной песколовки со скребковым механизмом для очистки осадка со дна в приямок представлена на рис. 1.

Рисунок 1 Горизонтальная песколовка, оборудованная унифицированным скребковым механизмом с поворачивающимся скребком: 1-привод, 2- скребковая тележка, 3- блок ведомый, 4-поворачивающий скребок

Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ. По направлению движения основного потока воды различают отстойники вертикальные, горизонтальные, диагональные и радиальные. Конструкция вертикального отстойника показана на рис. 2. Сточная вода поступает через центральную трубу 2 и зазор между срезом трубы и отражательным щитком 1 в цилиндрический отстойник. Жировые вещества всплывают на поверхность, откуда отводятся по жиропроводу 4. Тяжелые взвешенные частицы оседают в коническую часть отстойника и отводятся по илопроводу 3. Очищенная (осветленная) вода по водосборному лотку 5, уровень которого расположен ниже уровня всплывающего жира и нефтепродуктов, отводится на следующие ступени очистных аппаратов.

Рисунок 2 Вертикальный отстойник из сборного железобетона: 1 - отражательный щит, 2 - центральная труба, 3 - илопровод, 4 - жиропровод, 5 - водосборный лоток

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов. Под действием центробежной силы, возникающей во вращающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных частиц от потока воды. Гидроциклоны бывают низконапорные (открытые) и высоконапорные (закрытые).

На рис. 3 показана конструкция напорного гидроциклона.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п. Схема каркасно-засыпного фильтра показана на рис. 4. Регенерация фильтра осуществляется обратной промывкой и продувкой сжатым воздухом.

Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены. В зависимости от способа образования пузырьков различают флотацию пневматическую (напорную, вакуумную), пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию. На практике наибольшее распространение получила пневматическая, которая основывается на уменьшении растворимости газа в воде при снижении его давления. При резком снижении давления происходит выделение из воды излишнего воздуха в виде пузырьков. Если вода с атмосферным давлением направляется в камеру под вакуумом, такая флотация называется вакуумной; если из-под напора в открытую камеру,-- напорной. Флотация осуществляется во флотационных камерах.

Рисунок 3 Напорный гидроциклон. 1 -- питающий патрубок; 2 -- съемный, резиновый вкладыш; 3 -- шламовый патрубок; 4 -- составные элементы конической части; 5 -- сливной патрубок; 6 -- цементная стяжка; 7 -- мембранный разделитель; 8 -- манометр; 9 -- крышка цилиндрической части; 10 -- заглушка отверстия для подключения импульсной линии системы автоматического регулирования гидроциклона; 11 -- внешний сливной патрубок; 12 -- цилиндрическая часть; 13 -- коническая часть

Рисунок 4 Каркасно-засыпной фильтр. 1- поддерживающие гравийные слои, 2-распределительная система высокого сопротивления, 3- трубчатая система для подачи исходной и отведения промывной воды, 4-подача воздуха, 5- гравийный каркас, 6 песчаная засыпка, 7- подача промывной воды, 8- отвод фильтров

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ.

Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционне, реагентные, ионообменные и др.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотацией для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Она осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов (железные, стальные, алюминиевые). В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в электрофлотаиионных установках.

Коагуляция -- это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, хлорид железа (II), сульфат железа и др. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием. Необходимые для коагулирования ионы алюминия или железа иногда получают электрохимическим путем. Для этого используются емкости-электролизеры (электрокоагуляторы), в которых размещены электроды из алюминия или стали. Образующиеся в процессе анодного растворения металла ионы алюминия или железа осуществляют процесс коагуляции. Так как электрофлотаторы и электрокоагуляторы практически одинаковы по конструкции, процессы электрофлотации и электрокоагуляции могут протекать в них одновременно.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения. Последние затем могут быть удалены одним из описанных выше методов удаления взвесей и осветления воды. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т. д.

Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, содержащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия, хлорная вода. Для очистки от хрома (VI) применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na2S03, NaHSO3), пиросульфит Na2S2O5. Для очистки фторсодержащих вод применяют гидроксид кальция (известковое молоко), хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохо растворимый фторид кальция CaF2, который можно удалить из воды, например отстаиванием.

Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если имеют pH = б,5...8,5. В том случае, если pH сточных вод соответствует кислой (pH ? 6,5) или щелочной (pH ? 8,5) среде, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н+- или ОН- -ионов до установленных в указанном интервале значений pH. (эти сведения могут быть изменены законодательно)

Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков -- добавлением минеральных кислот -- серной, соляной и др. В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуществить нейтрализацию, не изменив при этом показатель pH в противоположную сторону. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания.

Ионообменная очистка сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые подразделяются на катионитовые -- имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н+), и анионитовые -- имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаще всего гидроксильную группу ОН-). При прохождении сточной веды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла -- анион ОН-, происходит сорбирование токсичных ионов смолой.

Регенерация (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется промывкой кислотой (катионитовая смола) или щелочью (анионитовая смола). При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или анионами (Н+, ОН-), а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическим путем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-коричневую или черную жидкую массу, обладающую землистым запахом.

С биологической точки зрения активный ил -- это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов, в иле могут присутствовать простейшие (в аэротенках), черви, личинки насекомых, водные клещи в биофильтрах. При очистке многих видов сточных вод, в том числе бытовых, используют бактерии рода Pseudomonas -- грамотрицательные палочки.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк.

Биологический фильтр -- это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности.которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства (механообрабатывающее, гальваническое, литейное, окрасочное, кузнечное и т. д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом: отдельные производства имеют свои локальные очистные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них на централизованную систему очистки до значений, установленных для предприятия предельно-допустимых сбросов. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий.

2. Утилизация и захоронение твердых и жидких отходов

По агрегатному состоянию отходы разделяются на твердые и жидкие. По источнику образования на промышленные, образующиеся в процессе производства (металлический лом, стружка, пластмассы, пыль, зола и т. д.), биологические, образующиеся в сельском хозяйстве (птичий помет, отходы животноводства, отходы растениеводства и другие органические отходы), бытовые (в частности осадки коммунально-бытовых стоков), радиоактивные. Кроме того, отходы разделяются на горючие и негорючие, прессуемые и непрессуемые.

По токсичности отходы подразделяются на 5 классов токсичности:

чрезвычайно опасные (бенз(а)пирен, сулема, цианид калия, хром (VI) и др.),

высоко опасные (хлорид меди (II), нитрат свинца и др.),

умеренно опасные (сульфат никеля и др.),

малоопасные (хлорид кальция, диоксид марганца и др.),

нетоксичные.

Определение класса опасности отходов проводится по величине ПДК веществ в почве с учетом их растворимости (S) в воде и содержания веществ (Св,) в общей массе отходов. Индекс опасности вещества (К) находят по формуле:

.

Рассчитав Ki для каждого вещества, входящего в отходы, находят суммарный индекс опасности отходов по n веществам, пользуясь формулой

очистка отход вредный выброс

Если К?? 2, отходы чрезвычайно опасные, К? = 2...16 -- высоко опасные, К? = 16...30 -- умеренно опасные, К? ? 30 -- малоопасные.

Отходы, которые в дальнейшем могут быть использованы в производстве, относятся к вторичным материальным ресурсам. Например, макулатура для производства бумаги; стеклянный бой -- стекла; металлический лом -- металла; зола, пыль, шлаки -- строительных материалов и конструкций; отходы птицеводства и животноводства -- органических удобрений; отработанные масла и нефтепродукты производства масел и т. д. Для полного использования отходов в качестве вторичного сырья разработана их промышленная классификация, которая подразделяет, например лом и отходы металлов по физическим признакам на классы, по химическому составу -- на группы и марки, по показателям качества -- на сорта.

Важнейшим этапом обращения с отходами является ах сбор. При сборе отходы должны разделяться по признакам, указанным выше, и в зависимости от дальнейшего использования, способа переработки, утилизации, захоронения. Классификация отходов уже на стадии их сбора очень важна, так как позволяет существенно упростить и удешевить их дальнейшую переработку за счет исключения или сокращения расходов на их разделение. К сожалению, в нашей стране сбор и особенно их разделение на стадии сбора поставлены пока значительно хуже, чем во многих промышленно развитых странах.

После сбора отходы подвергаются переработке, утилизации и захоронению. Перерабатываются такие отходы, которые могут быть полезны. Например, отработанные масла очищают от продуктов коррозии, абразивного износа, взвешенных частиц иного рода, продуктов термического разложения, вводят присадки и получают масла для повторного использования. Отходы животноводства, птицеводства, осадки коммунально-бытовых сточных вод, не содержащие тяжелых металлов, могут быть переработаны и использованы в качестве экологически чистых удобрений. Для этого используются различные способы: биотехнологический (компостирование), химический (аэробный и анаэробно-аэробный), физический (термическая сушка).

Отходы резино-технических изделий, в частности автомобильных шин, подвергают измельчению и вновь отправляют на изготовление этих изделий. Ртутные дуговые и люминесцентные лампы подвергают демеркуризации и получают ртуть. Отработанное на атомных станциях ядерное горючее перерабатывают на радиохимических заводах с целью выделения плутония-239 и урана-235 для дальнейшего использования в ядерных реакторах и других целей.

Наиболее важным этапом в процессе последующей переработки и использования бытовых отходов является их разделение уже на стадии их сбора в местах образования, т. е. непосредственно в жилых зонах. Отходы должны разделяться на пищевые, бумагу, стекло, пластмассу и различные упаковки. Пищевые отходы в дальнейшем могут перерабатываться на корма и органические удобрения, бумажные отходы для производства бумажных изделий и т. д. Остро стоит проблема применения таких пластмасс и материалов упаковок, которые при сжигании не образовывали бы токсичных веществ, в частности диоксинов, или разлагались в почве под действием естественных биологических процессов.

Переработка отходов -- важнейший этан в обеспечении безопасности жизнедеятельности, способствующий защите окружающей среды от загрязнения и сохраняющий природные ресурсы.

Отходы, не подлежащие переработке и дальнейшему использованию в качестве вторичных ресурсов (переработка которых сложна и экономически не выгодна или которые имеются в избытке), подвергаются захоронению на полигонах. Перед захоронением на полигоне отходы с высокой степенью влажности обезвоживаются. Прессуемые отходы целесообразно спрессовывать, а горючие -- сжечь с целью снижения их объема и массы. При прессовании объем отходов уменьшается в 2... 10 раз, а при сжигании -- до 50 раз.

Сжигание в печах на мусоросжигательных заводах получило широкое распространение. Такие заводы работают во многих странах мира, в Москве, Санкт-Петербурге. Существующие в настоящее время системы сжигания опасных отходов позволяют также использовать теплоту сжигания. Недостатком сжигания являются значительно большие издержки по сравнению с вывозом на свалку, сбросом в море и захоронением в отработанные шахты.

Однако термический способ уничтожения отходов предпочтительнее складирования их на свалках и полигонах. При сжигании существуют также серьезные проблемы, связанные с образованием газообразных токсичных выбросов. Мусоросжигаюшие заводы должны оборудоваться высокоэффективными системами пыле-, газоочистки.

Отходы складируются на полигонах. Полигоны бывают различного уровня и класса: полигоны предприятий, городские, регионального значения. Полигоны оборудуются для защиты окружающей среды, в местах складирования выполняется гидроизоляция для исключения загрязнения грунтовых вод. Характер оборудования полигона зависит от типа и класса токсичности складируемых отходов. Полигоны должны располагаться вдали от водоохранных зон и иметь санитарно-защитные зоны. К сожалению, в России большая часть отходов по-прежнему вывозится на свалки, которые активно загрязняют природную среду.

Переработка и захоронение радиоактивных отходов -- одна из наиболее сложных проблем. Сбор, переработка и захоронение радиоактивных отходов осуществляется отдельно от других видов отходов. Твердые радиоактивные отходы также целесообразно подвергать прессованию и сжиганию на специальных установках, оборудованных радиационной защитой и высокоэффективной системой очистки вентиляционного воздуха и отходящих газов.

При сжигании 85...90 % радионуклидов локализуется в золе, остальные улавливаются системой газоочистки.

В ядерном топливном цикле образуется большое количество жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Жидкие отходы для уменьшения их объема подвергают упариванию, при котором основная масса радионуклидов локализуется в осадке. Временно ЖРО хранят в специально оборудованных емкостях, а затем отправляют на специальные полигоны. С целью исключения или снижения опасности загрязнения грунтовых вод при окончательном захоронении ЖРО применяют методы их отверждения. Отходы цементируют с образованием цементного камня, битумируют, остекловывают, включают остеклованные отходы в металлическую матрицу.

Цементирование -- самый прослой метод, однако закрепление радионуклидов в цементном камне недостаточно надежно, радионуклиды вымываются, камень со временем может разрушиться. Битумирование обеспечивает надежное закрепление радионуклидов, но при высокой активности отходов выделяется большое количество теплоты радиоактивного распада, и битумный блок может расплавиться (температура плавления битума 130°С).

Остеклование -- наиболее надежный, но и самый дорогой метод. Для высокоактивных отходов применяют метод включения остеклованных отходов в металлическую матрицу. Для этого из стеклянной массы, полученной на основе ЖРО, получают стеклянные шарики с закрепленными в них радионуклидами, засыпают их в матрицу вместе с легкоплавким сплавом на основе свинца, затем емкость нагревают, металл расплавляется и стеклянные шарики закрепляются в металлической матрице.

Захоронение радиоактивных отходов осуществляют в могильниках в геологических формациях. Могильники могут оборудоваться в поверхностных слоях почвы, в массивах каменной соли (часто используют отработанные соляные шахты), кристаллических горных породах. Они должны располагаться в местах, не подверженных наводнениям, селям, оползням, в сейсмически безопасных районах, где нет близко грунтовых вод. До настоящего времени вопросы утилизации и захоронения радиоактивных отходов полностью не решены.

Утилизация приборов, ПВЭМ, печатных плат. Приборы и печатные платы содержат не только много очень ценных материалов (золото, серебро, редкие металлы), но и много токсичных веществ, например тяжелых металлов. В составы пластмасс и печатных плат вводят замедлители горения при перегреве на основе хлора и брома, которые могут образовывать при горении чрезвычайно опасные диоксины. Последними требованиями по безопасности ПЭВМ предусматривается исключение замедлителей горения на основе токсичных компонентов, изготовление элементов конструкций из чистых пластмасс без добавки красителей, минимизация состава применяемых пластмасс и других материалов. Все эти требования направлены на упрощение дальнейшей переработки и утилизации снятых с эксплуатации ПЭВМ.

Переработка отходов электронной промышленности осуществляется путем разделения на отдельные однородные компоненты, выделения химическими методами ценных для дальнейшего использования компонентов, направления их для повторного использования.

Малоотходные и ресурсосберегающие технологии. Радикальное решение проблем защиты от промышленных отходов возможно при широком внедрении малоотходных технологий. Часто используют понятие «безотходная технология». Это неверный термин, так как безотходных технологий не существует. Под малоотходной технологией понимается такая технология, при которой рационально используются все компоненты сырья и энергии в замкнутом цикле, т. е. минимизируются использование первичных природных ресурсов и образующиеся отходы. Малоотходные технологии должны предусматривать снижение материалоемкости изделий; использование замкнутых циклов водоснабжения предприятий, при которых очищенные сточные воды вновь направляются в производство; образующиеся отходы или уловленные газоочисткой вещества должны вновь использоваться при получении других изделий и товаров. Например, уловленные адсорберами растворители при регенерации вновь направляют в производство, из уловленного скрубберами диоксида серы получают товарную серную кислоту или чистую серу.

Размещено на Allbest.ru