Екологічний менеджмент - Семенов В.Ф. - 17.5. Способи утилізації відходів, методи очищення стічних вод і знешкодження газоподібних викидів в атмосферу

Відомі чотири основних засоби утилізації відходів: біотермічннй, поховання, компостування і спалювання.

Біотермічний засіб заснований на спроможності твердих відходів до самозаймання під впливом особливих мікроорганізмів - термофільних бактерій.

Компостування (гниїння) - біологічний процес розкладання органічних речовин за допомогою мікроорганізмів. Тепло, що виділяється при цьому, має дезинфікуючу властивість, завдяки чому утворюється цінне добриво для грунту. Сгоряння відходів відбувається в спеціальних печах. Теплом, що при цьому виділяється, можна опалювати будинки, підігрівати воду. Проте в компості, а отже и у грунті, іноді присутні домішки важких металів і інших токсичних сполук, що накопичуються і можуть завдати шкоди людині і навколишньому середовищу.

Спалювання - один із кращих методів ліквідації відходів, використовуваних як промислова сировина. При цьому потрібно враховувати те, що спалювання відходів на сміттєспалювальних фабриках спричиняє забруднення атмосфери. Розроблено технології, за якими з відходів виділяють чорні і кольорові метали, виготовляють будівельні матеріали. З економічної точки зору спалювати сміття вигідно: теплотворна спроможність сухих відходів сягає 9 мДж/ кг.

Поховання відходів відноситься до найбільш поширеного засобу їхньої утилізації. В Україні таким способом утилізується до 98% міських відходів. З цією метою відчужуються тисячі гектарів не тільки пустошів, але і родючих земель.

Стічні води за фізичним станом забруднення поділяються на: мінеральні (в них містяться пісок, глина, розчини мінеральних кислот і лугів), органічні (рослинного і тваринного походження), бактеріальні і біологічні (складаються з різноманітних мікроорганізмів - дріжджових і цвілевих грибків, дрібних водоростей, сапрофітних і патогенних бактерій). До рослинних забруднень відносять залишки рослин, плодів, овочів, злаків; до тваринних залишків - фізіологічні виділення тварин, залишки тканин тощо.

Для знешкодження стічних вод застосовують загальні і локальні очисні споруди.

Локальні очисні споруди очищають стічні води визначеного виду від певних забруднюючих речовин і розміщуються на конкретному підприємстві. Наприклад, на пункті мийки машин, лакофарбовому або нафтопереробному заводах, у морському порту, на м’ясокомбінаті.

Загальні очисні споруди забезпечують очищення усіх видів стічних вод, що утворюються.

Стічні води діляться на виробничі і комунальні.

Виробничі стічні води забруднені в основному відходами і викидами виробництва. Кількісний і якісний склад їх різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів. їх поділяють на дві основні групи: неорганічні домішки і токсичні речовини й отрути.

До першої групи відносяться стічні води содових, сульфатних, азотно-тукових заводів, гірсько-збагачувальних фабрик із збагачення свинцевих, цинкових, нікелевих і інших руд, у яких містяться кислоти, луги, іони важких металів. Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води.

Стічні води другої групи утворюють нафтопереробні і нафтохімічні заводи, підприємства органічного синтезу, коксохімічні та інші. У стоках утримуються різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли.

Нафта і нафтопродукти є основними забруднювачами внутрішніх водойм, морів і Світового океану. При цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневий натяг, грузькість води, зменшується кількість кисню, з’являються шкідливі органічні речовини, вода здобуває токсичні властивості і являє загрозу не тільки для людини: 12 л нафти роблять непридатною для вжитку 1 тонну води.

Шкідливим забруднювачем водойм є фенол. Він міститься в стічних водах нафтопереробних підприємств. При його наявності різко знижуються біологічні процеси у водоймах, вода набуває запаху карболки.

Викиди целіолозно-паперових підприємств супроводжуються окислюванням деревної маси, що інтенсивно поглинає кисень із води і викликає загибель ікри, мальків і дорослих риб.

Атомні електростанціїзабруднюють ріки радіоактивними відходами. Радіоактивні речовини концентруються в дрібних планктонних мікроорганізмах і рибі, а потім по ланцюжку харчування передаються іншим тваринам. Встановлено, що радіоактивність планктонних мешканців у тисячі разів вища, ніж води, у якій вони живуть. Стічні води, що мають підвищену радіоактивність (100 кюрі на 1 л і більше), підлягають похованню в підземних безстічних басейнах і спеціальних резервуарах.

У залежності від наявності тих або інших забруднюючих речовин, санітарно-хімічних показань, застосовуються такі методи очищення: механічний, фізичний, хімічний, фізико-хімічний, біологічний і мікробіологічний.

Механічне очищення - не процеджування, відстоювання, фільтрування, центрифугування. Частки, у залежності від розмірів, вловлюються решітками, сітками і ситами різноманітних конструкцій. Поверхневі забруднювачі води вловлюються нафтоловушками, маслоуловлювачами, смолоуловлювачами. Механічне очищення може очистити стічні води не більше ніж на 60%, а промислові стоки - не більше ніж на 80%.

Механічне очищення є методом попереднього очищення і призначається для підготовки стоків до іншого, більш дієвого виду очищення. Набули поширення решітки, сполучені з дробарками, що дозволяють затримувати і молоти домішки без витягу їх із стічних вод. Надлегкі речовини, що мають питому вагу меншу, ніж питома вага води, виділяють відстоюванням (частки випадають на дію або виринають на поверхню).

Надлегкі частки мінерального походження (головним чином пісок) осаджуються в пісколовках. Більш дрібна сполука, в основному органічного походження, осаджується у відстійниках. Речовини, більш легкі, ніж вода, відокремлюються в жироловках, масловідстійниках, нафтоловках або маслоулов-лювачах. Для звільнення стічної води від дуже дрібної суспензії застосовують фільтрацію.

Пісколовки застосовують для виведення зі стічних вод важких мінеральних домішок. їх встановлюють перед відстійниками. Пісколовки являють собою горизонтальні резервуари зі збірного або монолітного залізобетону. Відходи, що утворюються, із піску й інших механічних частинок збирають у спеціальний приймач і поміщають у пісковий бункер. Знешкоджений пісок потім можна використовувати для будівельних цілей.

Відстійники використовуються для виділення зі стічних вод легких речовин, що під дією гравітаційних сил осідають на дно відстійника або виринають на його поверхню.

Для очищення стічних вод, що містять нафту і нафтопродукти, при концентрації більш як 100 мг/л, застосовуються нафтоловий. Ці споруди являють собою прямокутні резервуари, аналогічні горизонтальним відстійникам, у яких відбувається відділення нафти за рахунок різниці їхніх щільностей. Нафта і нафтопродукти виринають на поверхню, збираються і відділяються з нафтоловки на утилізацію.

Для очищення стічних вод, забруднених жирами, оліями, смолами стоки підігрівають до температури 60 °С.

На металургійних комбінатах, при виробництві керамічних виробів і скла, застосовують гідроциклони. Принцип їхньої дії заснований на сепарації твердих часток в обертовому потоці рідини.

Фізико-хімічне очищення провадиться шляхом кристалізації, випару, аерації, флотації, сорбції, іонного обміну, спалювання. Всі ці методи можна поділити на:

• регенеруючі - передбачають витяг із стічних вод цінних речовин;

• деструктивні - при яких забруднюючі речовини піддаються руйнації

При фізико-хімічному методі обробки зі стічних вод віддаляються тонкодисперсні і розчинені домішки, руйнуються органічні речовини, які не окислюються чи погано окислюються. Найбільш поширеним методом очищення є коагуляція нейтралізація кислот і лугів, перегонка водяним паром, обробка води газоподібним хлором. Як коагулянти, в залежності від складу стічних вод, застосовують сірчанокислий амоній, сірчано- і соляно-кислі солі заліза, гашене вапно. Цей метод частіше застосовується на підприємствах хімічної, нафтохімічної, легкої і текстильної промисловості. Знаходить також застосування метод електрохімічного коагулювання з використанням електродів, виготовлених із заліза або сплавів алюмінію. Метал анода під дією постійного струму іонізується і переходить у стічну воду, частки забруднень якої коагулюються важкорозчинними гідрооксидами алюмінію або заліза.

Нейтралізація застосовується для обробки виробничих стічних вод, що містять луги і кислоти. Вона здійснюється з метою попередження корозії матеріалів мереж водовідводу і очисних споруд, порушення біохімічних процесів у біологічних окислювачах і водоймах. В основному застосовуються такі засоби нейтралізації: взаємна нейтралізація кислих і лужних стоків; нейтралізація реагентами (розчини кислот, негашене вапно, кальцинована сода, аміак).

Окисний метод очищення застосовується для знешкодження виробничих стічних вод, що містять токсичні домішки.

Як окислювачі використовують хлор, хлорне вапно, озон, технічний кисень і кисень повітря.

Сорбція - це один із найбільш ефективних методів очищення розчинених речовин у стічних водах підприємств хімічної, нафтохімічної й інших галузей промисловості. Як сорбенти застосовують різноманітні штучні і природні пористі матеріали: золу, коксову дрібноту, торф, активні глини, активоване вугілля. Найбільш простим є насипний фільтр, що представляє собою колонку з нерухомим прошарком сорбенту, через який фільтрується стічна вода. Швидкість фільтрування залежить від концентрації розчинених у стічних водах речовин і складає 1-6 м/р; крупність зерен сорбенту - 1,5 - 5 мм.

Флотація застосовується для очищення виробничих стічних вод, що містять поверхнево-активні речовини, нафту, нафтопродукти, олії, волокнисті частки. При пропусканні повітря через стічні води його бульбашки прилипають до осаду або часток нафти і разом із ними виринають на поверхню, переходячи в такий спосіб у прошарок піни. Піна проходить до збірників, у яких вона руйнується.

Термічний метод очищення стічних вод найбільш ефективний, але і є найбільш дорогим. Стоки спалюють, одержуючи нетоксичні газоподібні продукти горіння і твердий осад. Цей засіб доцільно використовувати у випадках, коли в стоках утримується багато органічних речовин, які слугують паливом.

Електролітичний метод очищення стічних вод полягає в тому, що через стічні води пропускають електричний струм, при цьому іони електролітів направляються відповідно до анода і катода і, розряджаючись, утворюють нові сполуки, що діють надалі як реагенти.

Метод іонного обміну між іонами, що знаходяться в розч пні, і іонами, що присутні на поверхні твердої фази (іоніту), дозволяє вилучати й утилізувати зі стічних вод цінні домішки - сполуки миш’яку, цинку, свинцю, міді, ртуті.

Французькими хіміками розроблений метод дезінфекції пляжного піску. У 1г морського піску міститься до 5000 бактерій, а в розпал пляжного сезону до 35000. Знешкоджена електролізом, морська вода активізується.

В ній виникають сполуки хлору, брому, йоду з киснем. Перед світанком цією водою поливають пісок на глибину до 20 см. Зі сходом Сонця ультрафіолетове випромінювання розкладає активні сполуки.

Розвиток атомної енергетики сприяє використанню іонізуючої радіації для очищення стічних вод. Розроблено метод радіаційно-полімерізованого очищення стічних вод, суть якого полягає в тому, що забруднення випадають в осад в результаті полімеризації.

Біохімічний метод очищення заснований на життєдіяльності мікроорганізмів, що сприяють окисленню або відновленню органічних речовин, які містяться у стічних водах.

Біологічне очищення застосовується для обробки побутових і виробничих стічних вод. У його основі лежить процес біологічного окислювання органічних сполук, що містяться в стічних водах. Біологічне окислювання здійснюється співтовариством мікроорганізмів, що включають безліч різноманітних бактерій, найпростіших і ряд більш високоорганізованих організмів - водоростей, грибів.

Існує декілька типів біологічних устроїв з очищення стічних вод:

• у біофільтрах стічні води пропускають через прошарок грубозернистого матеріалу, покритого тонкою бактеріальною плівкою. Завдяки цій плівці протікають процеси біохімічного очищення;

• у біологічних ставках в очищенні стічних вод беруть участь всі організми, що населяють водоймище;

• аеротенки - величезні резервуари з залізобетону. Очищення здійснюється за рахунок активного мулу, що складається з бактерій і мікроорганізмів. Ці організми розвиваються за рахунок органічних сполук, які надходять із стічними водами. При цьому бактерії виділяють ферменти, які мінералізують органічні відходи.

Температура є одним з основних чинників, що забезпечує ефективну продуктивність споруд біологічного очищення. Оптимальна температура для анаеробних процесів, що відбуваються в біологічних окислювачах - 20-30° С, при цьому біоценоз при інших сприятливих умовах представлений різноманітними і добре розвинутими мікроорганізмами.

Осад, що утворюється при очищенні стічних вод, піддається обробці для зменшення кількості сухої речовини і для поліпшення санітарних показників. Для зменшення вологості осаду стічних вод його збезводнюють на мулових площадках механічним шляхом і піддають термічній обробці (сушінню).

Для знищення бактеріальних забруднень стічні води перед спуском у водойму піддають дезінфекції (знезаражують) рідким хлором або хлорним вапном. Для дезінфекції також використовують ультразвук, електроліз, озонування.

Методи очищення газоподібних викидів.

Абсорбційний - заснований на властивостях розчинності газоподібної суміші в рідині - воді, аміачній воді, розчинах лугів. Речовина переходить із газу в рідину і при цьому вловлюється: оксиди вуглецю, азоту, диоксид сірки, сірководень, пари різноманітних кислот, фенол, формальдегіди.

Адсорбційний - заснований на витягу домішок твердими поглиначами - активованим вугіллям, синтетичними і природними цеолітами. З їхньою допомогою вловлюються розчинники, диоксид сірки. Правда, адсорбційний матеріал має межу насичення, після чого він самий стає джерелом забруднення і потребує регулярної заміни.

Цеоліти - мінерали, що зустрічаються в природі, кристалічні алюмосилікати. Структура їхньої кристалічної решітки має порожнини, у яких можуть застрягати молекули води і різноманітні іони. Завдяки цьому цеоліти застосовуються як кормові добавки, фільтри, каталізатори, в пральних порошках, їх можна одержувати з глини: спочатку з неї видаляють важкі метали і інші домішки, нагріваючи до температури 100-200°С, після остигання промивають водою, висушують і пропікають при температурі 500°С.

Каталітичний засіб очищення заснований на хімічній взаємодії домішок на твердих каталізаторах, що містять платину, паладій, родій, нікель, хром, мідь, цинк, ванадій або інші елементи.

Існує багато практичних засобів очищення газоподібних викидів. Один із них - апарат мокрого очищення, що працює за принципом осадження часток пилу на поверхню крапель рідини, або плівки рідини. Осадження часток пилу на рідину відбувається під дією сил інерції і броуновського руху.

Тумановловлювачі використовуються для очищення повітря від туманів кислот, лугів, масел і інших рідин. При цьому використовують волокнисті фільтри, принцип дії яких заснований на осадженні крапель на поверхню з подальшим стіканням рідини під дією сили ваги. Тумановловлювачі поділяють на низькошвидкісні, у якиих переважає механізм дифузійного осадження крапель, і високошвидкісні, де осадження відбувається головним чином під впливом інерційних сил.

Контрольні запитання

1. Що містить поняття „ресурсозбереження"?

2. Чим безвідходне виробництво відрізняється від маловідходного?

3. Які способи утилізації відходів Вам відомі?

4. Охарактеризуйте основні способи очистки стічних вод.