ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД В ПРОМЫШЛЕННО РАЗВИТЫХ
КАПИТАЛИСТИЧЕСКИХ СТРАНАХ
Введение
Характер мероприятий, осуществляемых для защиты воздуха и
поверхностных вод от загрязнения
Загрязнение воздуха и вод в развитых в промышленном отношении странах
приняло за последние 15—20 лет настолько угрожающий характер, что
правительства этих стран были вынуждены прибегнуть к самым серьезным мерам,
направленным на охрану природы.
Прежде всего, это коснулось правовых аспектов охраны природы. В
настоящее время в таких странах, как США, Англия, ФРГ, Швеция и другие,
действуют законы, направленные на охрану внешней среды, в том числе воздуха
и воды.
В США законам 1965 г. основная ответственность за состояние водных
ресурсов страны возложена на министерство внутренних дел в лице
Федерального управления по контролю загрязнения водоемов (с 1970 г. —
Федеральное управление по контролю за качеством воды). Основными задачами
Федерального управления являются оценка состояния водных источников с целью
создания национальной политики для предотвращения загрязнения вод и участие
в строительстве муниципальных очистных сооружений.
В результате бурно развивающейся промышленности и транспорта
загрязнение воздуха в крупнейших городах мира превратилось в острейшую
проблему современности.
Сравнительно недавно основным загрязнителем воздуха в городах являлись
промышленные выбросы, в настоящее время во многих городах таким
загрязнителем стал автомобильный транспорт.
Основная часть
На металлургических заводах сооружаются сернокислотные цехи, сырьем
для которых служат загрязняющие раньше небо «бросовые» газы, содержащие
сернокислый ангидрид.
Безотходная технология дает возможность по-хозяйски распорядиться
сырьем и вместе с тем внести вклад в защиту природы. Существующие методы
очистки промышленных газов не всегда могут обеспечить достаточную степень
очистки. Кроме того, до сих пор не имеется дешевых и надежных методов
очистки от сернистого газа и окислов азота, необходимые исследования в этом
плане проводятся.
Для очистки газов от газовых примесей применяется три основных
процесса: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическое
превращение вредных веществ в другие соединения.
Абсорбционные процессы — наиболее распространенный способ очистки
газов. В них используются явления различной растворимости газов, химические
реакции, когда в абсорбционной жидкости (обычно вода) применяются такие
реагенты, которые образуют с улавливаемым компонентом химические
соединения.
Адсорбционные методы очистки газов основаны на способности
мелкопористых адсорбентов (активные угли, силикагели, алюмогели, неолиты,
пористые стекла и т. п.) улавливать из газовой фазы при соответствующих
условиях те или иные вредные компоненты.
Основу каталитических методов очистки или обезвреживания газов
составляют прежде всего каталитические превращения вредных газообразных
веществ в безвредные вещества, непосредственно выбрасываемые в атмосферу
или используемые непосредственно в производстве.
Задача очистки газов от пыли или капель в промышленности основывается
на применении инерционной сепарации, мокрой очистки (промывки) газов,
фильтрации через различные пористые слои и перегородки, электрическое
осаждение.
Чаще всего применяются комбинации двух или трех из перечисленных
методов очистки: вначале осуществляется грубая очистка, при которой
улавливаются более крупные частицы, затем — тонкая очистка с улавливанием
более мелких частиц.
При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц
происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или
скорости аэродисперсного потока в аппаратах, называемых циклонами.
Эффективность осаждения частиц здесь тем выше, чем крупнее частицы и больше
возникающие ускорения.
Мокрая очистка (промывка) газов является разновидностью инерционного
осаждения. Промывная жидкость используется для удаления частиц из газового
потока.
Очистка газа от твердых или жидких взвесей осуществляется путем
присасывания его через ту или иную твердую пористую среду, образованную из
нитей, волокон, зерен и самой осажденной пыли. Кроме инерции, здесь могут
играть роль броуновская диффузия частиц, эффект касания, иногда ситовой
эффект. Особое место занимают фильтрационные устройства, использующие
ультратонкие полимерные волокна с электростатическим зарядом (ткани
Петрянова). Эти фильтры приближаются к абсолютным, однако, к сожалению, не
регенерируются и поэтому применяются в основном для фильтрации очень слабо
запыленных газов.
Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении к заряженной осадительной поверхности частиц. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка, и осаждение частиц происходят совместно.
Аппаратами газоочистки, электрическими и рукавными фильтрами ежедневно
улавливается огромное количество обогащенных руд черных и цветных металлов,
обожженного клинкера, цемента и золы. Вот один из характерных примеров.
Пыль, казалось бы,— непременный спутник цементного производства. На заводе
«Большевик» в г. Вильске были усовершенствованы пылеулавливающие фильтры;
коэффициент их полезного действия возрос с 65 до 99%. Прежде на заводской
территории не приживались ни деревья, ни цветы. Сейчас корпуса утопают в
зелени.
Применяются и многие другие технические приемы, позволяющие заметно
оздоровить воздух городов. В этом направлении огромное значение имеет
внедрение на предприятиях новых технологических процессов, исключающих
загрязнение атмосферного воздуха.
В стране осуществляется санитарный контроль за эффективностью работы
газоочистных сооружений путем отбора санитарно-эпидемиологическими
станциями проб атмосферного воздуха и последующего их анализа на
загрязняющие ингредиенты. В случае выявления загрязнения атмосферного
воздуха, превышающего предельно допустимые концентрации, санитарно-
эпидемиологические станции предъявляют предприятиям требования для
устранения загрязнения атмосферы.
Главным направлением, позволяющим прекратить загрязнение водоемов,
является непрерывное совершенствование технологии производства, при котором
возможно полностью исключить или сократить сброс сточных вод. Это значит,
что осуществляется комплексная переработка сырья, многостадийные процессы
заменяются на одностадийные, обеспечивается извлечение ценных веществ из
сточных вод, технологические процессы из жидкой фазы переходят в газовую,
вместо воды используют другие растворители и т.
Для большинства современных промышленных предприятий стало правилом,
что система водоснабжения должна быть оборотной — общей для всего
предприятия или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. В
металлургической, промышленности уже имеются предприятия, где экономия
свежей воды за счет внедрения водооборота достигает 90%. Более того, на
отдельных предприятиях этот процент экономии значительно выше.
Применение замкнутых водных циклов необходимо не только с точки зрения
сокращения расходов свежей воды, соображений экономического порядка, но и
охраны водоемов от загрязнения.
С каждым годом все шире распространяется метод повторного
использования очищенных сточных вод.
О значении мероприятий, направленных на сокращение водопотребления,
говорит и то, что на единицу продукции тратятся огромные количества воды.
Так, из водного источника ежегодно забирается для производства 1 т
вискозного шелка 1010 м3 воды, 1 т синтетических антибиотиков — 5000 м3, 1
т силикатных эмалей — 1280 м3 и т. д. Промышленные объекты металлургической
промышленности расходуют большое количество воды для конденсации и
охлаждения технических продуктов. При этом широкое распространение имеют
теплообменные аппараты с водяным охлаждением.
Оказывается, что огромные расходы воды, а также капитальные и
эксплуатационные затраты на очистные сооружения, градирни, насосные, на
электроэнергию, используемую при перекачке воды, можно уменьшить, если
перейти от водяного охлаждения технологического оборудования к воздушному.
Переход к воздушному охлаждению позволяет легко осуществлять автоматическое
регулирование процессом.
Воздушное охлаждение сокращает на 60—70% расход оборотной и свежей
воды и в сотни раз — количество загрязняющих сточных вод. Так, по данным
ВНИИнефтемаша воздушное охлаждение позволило з 1974 г. сократить в стране
потребление воды более чем на 6,5 млрд. м3.
Для очистки сточных вод, образующихся в промышленности и городах,
строятся очистные сооружения.
Современный уровень научно-технических достижений свидетельствует о
том, что в ближайшей и далекой перспективе для защиты водоемов от
загрязнения сточными водами останутся в силе механические, химические,
биохимические и физико-химические способы очистки.
Говоря о механических способах очистки сточных вод, необходимо
подчеркнуть, что в результате научных исследований разработаны методы
расчета отстойников любой конструкции, учитывающей явления, сопутствующие
отстаиванию в динамических условиях. Были созданы отстойники с вращающимся
водораспределительным и сборным устройством. Такая конструкция позволяет
значительно (на 20—25%) увеличить гидравлическую нагрузку на единицу объема
сооружения, сохраняя тот же эффект осветления.
На многих промышленных предприятиях образуется огромное количество
сточных вод, загрязненных механическими примесями. Применять обычные
отстойники для очистки таких вод сложно: их необходимо разместить на
территории предприятия и трудно эксплуатировать в зимних условиях. Выход из
положения помогли найти гидроциклоны. Они позволили в несколько раз снизить
капитальные затраты на строительство очистных сооружений, причем для
размещения гидроциклонов требуется небольшая площадь.
Как известно, сточные воды ряда промышленных объектов содержат такие
примеси, в том числе токсические, которые нельзя устранить без привлечения
химических реагентов. Химические способы находят широкое применение в
практике сточных вод предприятий химической и текстильной промышленности,
цветной металлургии, машиностроения и т.д.
В одних случаях химическую обработку используют для конечной очистки
сточных вод, например в цветной металлургии при очистке сточных вод,
содержащих тяжелые металлы, в других — для предварительной подготовки перед
последующими методами очистки (производство органических красителей и т.
д.). Химическая очистка — непременный участник водоподготовки питьевой
воды, воды для питания паровых котлов и т. д.
К настоящему времени разработаны и апробированы способы химической
очистки сточных вод, загрязненных красителями, синтетическими детергентами,
простыми и комплексными цианидами, хроматами, кислотами, катионами металлов
(меди, цинка, свинца, железа и др.).
В ряде отраслей промышленности широко используются методы очистки
сточных вод, в основу которых положены физические и физико-химические
процессы: выпаривание, испарение, экстракция, сорбция, нейтрализация,
флотация, отгонка с паром и др., а также электрохимические процессы.
Так, сорбционные методы применяются для улавливания из сточных вод:
цианидов, меди, цинка, хрома, фенолов; отгонка с водяным паром — для
фенолов; нейтрализация известью — для обработки кислых сточных вод
травильных отделений прокатных и трубопрокатных цехов, экстракции — для
извлечения из сточных вод и т. д.
Огромное значение для защиты водных источников имеет устройство на
промышленных предприятиях локальных очистных сооружений, которые позволяют
удалить из промышленных стоков специфические загрязнители, а также не
допускают смешения различных по агрессивности стоков. В зависимости от
принимаемых схем очистки локальные сооружения могут быть как последней
стадией очистки для промышленных стоков, так и промежуточной— перед
направлением стоков на биохимическую очистку: для нормального течения
процессов при биохимическом разрушении веществ необходима строго
определенная начальная концентрация загрязняющих ингредиентов.
Всеобщее признание получили методы биохимической очистки сточных вод
от органических загрязнителей. Биохимическое окисление органических веществ
в сточных водах осуществляется в аэротенках благодаря жизнедеятельности
целой группы микроорганизмов. Для того чтобы могли протекать эти
биохимические процессы, нужны соответствующие условия. Так, при
биохимическом окислении органических веществ в аэротенках необходимы
определенная начальная концентрация загрязняющих веществ в сточных водах,
подача воздуха, добавление в ряде случаев биогенных веществ (солей азота,
фосфора), отсутствие токсических веществ (свинец, медь), тормозящих
биохимическое окисление.
Методы биологической очистки сточных вод позволяют снизить содержание
органических загрязнителей в сточных водах до 95%. Именно с такой
эффективностью работает комплекс биохимических очистных сооружений. В эти
сооружения входят биологические пруды, в которых живут карпы.
Сравнительно недавно было предложено вместо станций биологической
очистки применять для очистки городских сточных вод физико-химический
способ. В сточную воду после отделения грубых примесей и песка вводится
катионный полиэлектролит или минеральный коагулянт с полиакриламидом в
оптимальных дозах. Смесь реагентов и сточной воды поступает в камеру хлопье-
образования, а затем в отстойники. После отстаивания вода попадает на
гравийно-песчаные фильтры с восходящим потоком воды. Очищенная вода
подвергается обеззараживанию.
Таблица 1
|Наименование показателя |Удаление загрязнений в процессе |
| |физико-химической очистки, % |
| | |
| |с использованием |с использованием |
| |катионного |минерального |
| |полиэлектролита |коагулянта |
| | | |
| | | |
|Взвешенные вещества |99 |99 |
|Общий азот |50-58 |50-54 |
|Общий фосфор |50-58 |83—88 |
|Нефтепродукты |99—100 |90 |
|Поверхностно-активные |80—90 |70-80 |
|вещества (ПАВ) | | |
|Соди тяжелых металлов |80—90 |50 -70 |
Результаты очистки по предложенной схеме приведены в табл. 1.
Этот способ по капитальным затратам оказался в 1,5— 2,0 раза дешевле
работы станций полной биологической очистки.
Относительно невысокая степень очистки сточных вод уже в настоящее
время в ряде случаев не может обеспечить необходимую чистоту водоема, куда
сбрасываются прошедшие очистку сточные воды. В будущем, когда все отрасли
промышленности многократно увеличат объем своего производства и
соответственно возрастет абсолютное количество остаточных загрязнений в
сточных видах, прошедших очистку, рассматриваемая степень очистки
совершенно не обеспечит требуемую чистоту водоемов.
Отсюда, в частности, вытекает неотложная задача изыскания новых путей
интенсификации процессов разрушения органических веществ и их комплексов в
аэробных и анаэробных условиях на основе изучения стадийности процесса,
роли отдельных видов микроорганизмов, влияния концентрации загрязнений,
реакции и температуры среды и прочих факторов, определяющих динамику
биохимических процессов. Столь же необходимо ускорение разработки
теоретических основ обезвоживания осадка, образующегося при биохимических
методах разрушения органических веществ, на основе воздействия высоких и
низких температур, высокочастотных колебаний, центрифугирования и других
методов.
Наряду с необходимостью повышения эффективности работы существующих
схем очистки сточных вод важна и разработка методов конструкций для
глубокой (до 99%) очистки сточных вод. В эту же проблему включаются вопросы
снижения в стоках концентрации различных солей, глубокой очистки сточных
вод от азота, фосфора, СПАВ и других веществ, неблагоприятно действующих на
флору и фауну водоемов. При разработке технологических схем и конструкций
очистных сооружений для глубокой очистки промышленных, и городских сточных
вод, в зависимости от характеристики этих стоков, следует учитывать ряд
прогрессивных на перспективу методов.
В первую очередь к ним относится применение озона, полиэлектролитов,
органических коагулянтов, сильных окислителей с созданием новых реагентов,
а также методов обратного осмоса, электрохимических и других, им подобных.
Очень важной задачей является разработка новых, надежных по санитарным
показателям способов очистки многих видов сточных вод на основе окисления
при высоких температурах и давлениях, применении ультразвука, ионообменных
масс и т. д. Прошедшие очистку сточные воды могут повторно использоваться в
производстве, таким образом сокращая потребления свежей воды.
Для обезвреживания особотаксичных сточных вод возможен метод
подземного-захородения жидких промышленных отходов в глубокозалегающих
горизонтах, изолированных от водоносных слоев. Однако решение о возможности
применения этого метода выносится только после того, как выясняется, что
подземные воды не будут загрязнены промышленными отходами. Поэтому этот
метод нельзя рассматривать как универсальный.
Многие сточные воды и отходы промышленности приходится сжигать: иначе
их нельзя обезвредить. Термический метод уничтожения получает достаточно
широкое распространение. Уничтожается некоторая часть сточных вод на
Щекинском «химическом комбинате, на Черниговском комбинате химических
волокон, на Горьковском заводе органического синтеза, на Волгодонском
химическом заводе им. 50-летия ВЛКСМ.
Термическим методом обезвреживания промышленных отходов следует
пользоваться очень осторожно. С дымовыми газами в атмосферу могут попасть
токсические элементы (бериллий, цинк, свинец, кадмий, ртуть). Поэтому
сжигать отходы, содержащие эти элементы, недопустимо. Перспективным
термическим методом обезвреживания отходов является жидкофазное окисление —
окисление органических веществ растворимым в воде кислородом воздуха.
Процесс ведется в водной среде при повышенных температуре и давлении.
К числу мероприятий по охране водных ресурсов можно отнести также
использование сточных вод в сельском хозяйстве. В этом случае почвенная
очистка сточных вод сочетается с получением высоких и устойчивых урожаев
сельскохозяйственных культур, причем затраты окупаются в короткие сроки.
В связи с этим все земледельческие поля можно поливать коммунальными и
промышленными сточными водами, пригодными по своему составу для орошения
сельскохозяйственных культур, при наличии площадей и местных благоприятных
условий (гидрология, почва, климат, рельеф и т. д.). На земледельческих
полях могут обезвреживаться и использоваться сточные воды ряда промышленных
предприятий, в том числе химических, содержащих фенолы, нефтепродукты,
ацетон, бензол, формальдегид.
В нашей стране тысячи гектар земель орошаются сточными водами.
Прекрасным примером новой службы отработанных вод служат поля орошения
совхоза «Химик». Сюда подаются условно чистые сточные воды ряда химических
предприятии, расположенных в г. Волжском.
Рассмотренные основные способы очистки сточных вод, образующихся в
промышленном и коммунальном хозяйстве, и применение прогрессивных
технологических схем позволяют достигнуть необходимой степени их очистки,
определяемой санитарными требованиями к качеству воды в водоемах.
Заключение.
Специфика современных технологических процессов, применяемых в таких
отраслях промышленности, как химия, нефтехимия, металлургия, и во многих
других делает необходимым изыскание и использование новых методов борьбы с
вредными выбросами в атмосферу. К решению этих вопросов в большинстве
отраслей промышленности привлечены значительные научные и технические силы.
При описании предлагаемых методов очистки сточных вод приводится
характеристика сточных вод, указываются их количество на единицу продукции,
требования к составу сточных вод, направляемых на сооружения биохимической
очистки.
Рекомендованные методы эффективны и экономичны. Они используются с
учетом местных условий во всех странах — членах СЭВ.
Работой, выполненной в рамках СРВО—СЭВ, стали «Унифицироваиные методы
исследования качества вод». В ней изложены методы химического,
радиохимического, биологического и микробиологического анализов вод.