Стратегические мероприятия - это разработка ресурсо­сберегающих и малоотходных технологий, которые долж­ны стать инженерным идеалом. 2 страница

Рис. 11.15. Технологическая схема очистной станции с физико-химической очисткой сточных вод

Наибольшее распространение находят методы реагентной очист­ки с применением коагулянтов, в качестве которых используют сернокислый алюминий , хлорное железо , серно-

кислое железо известь и др. Соли-коагулянты

способствуют укрупнению частиц, образуя хлопья, что делает возможным дальнейшее осаждение и фильтрование мелких не­растворенных, коллоидных и частично растворенных примесей. В ряде случаев физико-химическая очистка обеспечивает такое глубокое удаление загрязнений, что последующая биологическая очистка не требуется.

Биологическая очистка сточных вод основана на биохими­ческих процессах с участием микроорганизмов, которые в про­цессе своей жизнедеятельности разрушают органические соеди­нения и минерализуют их. Микроорганизмы используют органи­ческие вещества в качестве источника питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки условно делят на два типа: сооружения, в которых процессы протекают в услови­ях, близких к естественным, и те, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первым относятся поля фильтрации и биологические пруды, ко вторым - биофильтры и аэротенки.

Поля фильтрации - это земельные участки, искусственно раз­деленные на секции, по которым равномерно распределяется сточная вода, фильтрующаяся через поры грунта. Профильтрован­ная вода собирается в дренажных трубах и канавах и стекает в водоемы. На поверхности почвы образуется биологическая плен­ка из аэробных микроорганизмов, способных перерабатывать органические вещества. Кислород может проникать в грунт на глубину до 30 см; глубже разрушение органики осуществляется в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.

Биологические пруды - это специально созданные неглубокие водоемы, где протекают естественные биохимические процессы самоочищения воды в аэробных и анаэробных условиях. Пруды сооружаются как для первичной биологической очистки, так и

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

для доочистки сточных вод после биофильтров и аэротенков. Насыщение воды кислородом происходит вследствие естествен­ной атмосферной аэрации и фотосинтеза, но может применять­ся и искусственная аэрация.

Биофильтры - сооружения, в которых создаются условия для интенсификации естественных биохимических процессов разло­жения органических веществ. Это резервуары с фильтрующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды. Сточная вода с помощью распределительных устройств периоди­чески разливается по поверхности загрузки, профильтровывает­ся и отводится во вторичный отстойник. На поверхности фильтра постепенно созревает биопленка из различных микроорганиз­мов, которые выполняют ту же функцию, что и на полях филь­трации, т. е. минерализуют органические вещества. Отмершая биопленка смывается водой и задерживается во вторичном от­стойнике.

Аэротенки - это резервуары, в которые поступают сточная вода после механической очистки, активный ил и непрерывно подается воздух. Хлопья активного ила представляют собой био­ценоз аэробных микроорганизмов-минерализаторов (бактерий, простейших, червей и др.). Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходима постоянная аэрация воды. Из аэротенка сточная вода в смеси с активным илом поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается. Основная масса его возвращается в аэротенк, а вода подается в контактные резерву­ары для хлорирования - обеззараживания (рис. 11.16).

Доочистка сточных вод требуется, если по условиям водо-отведения перед сбросом в водоем необходимо дополнительно снизить концентрацию взвешенных веществ, азота, фосфора, БПК и др. Кроме того, доочистка необходима при повторном исполь­зовании сточных вод в технологических процессах. Для доочистки от взвешенных веществ применяют: микрофильтры, фильтры с пла­вающей загрузкой, установки для пенной флотации и др. Для снижения БПК используют коагуляционные, сорбционные и озона-

Рис. 11.16. Технологическая схема станции с биологической очисткой сточных вод

торные установки в сочетании с фильтрами. Доочистку от азота и фосфора применяют для предотвращения эвтрофирования водо­емов и обрастания трубопроводов и аппаратов водорослями. Для удаления фосфора широко практикуют реагентный метод с ис­пользованием извести, сульфатов алюминия и железа. Минераль­ные соединения азота (нитриты, нитраты и соли аммония) удаляют с помощью физико-химических методов: отдувки аммиака, ионно­го обмена, адсорбции, электролиза, озонирования, обратного осмоса, электродиализа, дистилляции и др. В последнее время все чаще используют биологические методы: нитрификацию с после­дующей денитрификацией и биофиксацию фосфора.

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Обеззараживание является заключительным этапом обра­ботки сточных вод перед сбросом в водоем. Наибольшее распространение получил способ дезинфекции воды путем хло­рирования газообразным хлором или хлорной известью . Применяют также электролизные установки для полу­чения гипохлорита натрия из поваренной соли Возможно обеззараживание и другими бактерицидными веще­ствами, ультразвуком и ультрафиолетовыми лучами.

Малоотходное производство. Для кардинального реше­ния проблем экологии, снижения ресурсо- и энергоемкости производства необходимо развивать технологии утилизации вто­ричного сырья, полностью использовать все, что добывается из недр, на основе комплексной переработки, т. е. перестроить производство таким образом, чтобы оно стало максимально безотходным, экологически чистым и экономически выгодным. Малоотходные технологии заимствуют свои принципы у приро­ды: отходы одних организмов являются важнейшим ресурсом для других. Например, харьковскими учеными создана техноло­гия извлечения графита из копоти металлургических заводов; ее внедрение позволяет отказаться от добычи графитовых руд, исключить складирование отходов производства, улучшить со­стояние атмосферы. Наиболее рациональным решением про­блемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, т.е. использование очищенных сточ­ных вод в системах оборотного водоснабжения. При этом свежая вода забирается из источников водоснабжения только для питьевых целей.

Городские сточные воды также иногда используют повторно на предприятиях разных отраслей. Использование биологически очищенных сточных вод в оборотных системах водоснабжения позволяет частично или полностью отказаться от свежей воды. Доля сточных вод в подпитке оборотных систем может составлять от 5 до 100 %. Замкнутые и оборотные системы водоснабжения -

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

основа бессточных предприятий с локальными очистными установка­ми, повторным использованием сточных вод и рекуперацией отходов (рис. 11.17).

Рис. 11.17. Схема малоотходной технологической системы производства

Конечная цель ресурсосберегающего производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на n-й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Она считается практически безотходной, когда отходы n-й стадии вновь поступают в производство или становятся совершенно безвредными. Однако рециркуляция отходов не может решить все проблемы, так как требует больших затрат энергии, производство и использование которой, в свою очередь, приводят к загрязнению, деградации окружающей среды и рассеиванию тепла.

Утилизация и ликвидация твердых отходов. В древние времена отходы жизнедеятельности человека возвращались непос­редственно на поля, в природу и участвовали в естественных круговоротах веществ. Урбанизация породила проблему санита­рии, решение которой с помощью очистных сооружений создало проблему хранения, переработки и утилизации твердых отходов.

Обезвреживание и утилизация твердых бытовых и промышлен­ных отходов - последняя ступень очистки. На решетках задер-

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

живаются грубые отбросы (тряпки, бумага, остатки продуктов и пр.), которые вывозят на свалки или после дробления направля­ют в специальные сооружения. Песок из песколовок поступает на песковые площадки для обезвоживания, а затем вывозится и используется по назначению.

Методы обезвреживания твердых отходов делятся на ликвида­ционные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизаци­онные (решают задачи экологии и экономики).

Выделяют биологические методы (разрушение органичес­кой части микроорганизмами), термические (сжигание), хи­мические (гидролиз), механические (прессование с примене­нием связующих на полигонах). Разрез полигона для захороне­ния твердых отходов показан на рис. 11.18.

Рис. 11.18. Разрез полигона для твердых отходов: 1 - лесозащитная полоса; 2 - промежуточный изолирующий слой; 3 - твердые отходы; 4 - укрывающий наружный слой растительного грунта; 5 - естественное или искусственное водоупорное основание (по М. И. Алексееву, Е. М. Протасовскому, 1990)

Большая часть твердых промышленных отходов токсична, по­этому захоранивать их нужно в толще глины.

Особо вредные промышленные отходы принимают на поли­гон в герметически упакованных металлических контейнерах и захоранивают в глубоких котлованах. Кроме технологического паспорта, с каждой партией направляются два акта: в одном подтверждается герметичность упаковки контейнера, в другом

указываются название отходов, их количество и причины списа­ния с учета. Контейнеры автокраном спускают на дно котлована. Каждый контейнер со всех сторон засыпают слоем глины (0,5 м). Сверху располагают следующий ряд контейнеров. Размеры котло­ванов по низу 10x4 м, по верху - 18x12 м, глубина - 4 м в глине, сверху они также засыпаются слоем глины. Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий и осуществ­ляется на основе технико-экономического сравнения.

Обработка и утилизация осадков сточных вод является очень острой проблемой для крупных городов всех высокоразви­тых стран. В процессе очистки взвешенные вещества, содержащи­еся в сточных водах, выпадают в осадок в сооружениях механи­ческой очистки. Количество сырого осадка напрямую зависит от содержания взвешенных частиц в воде и качества очистки: чем выше качество очистки, тем больше образуется осадка. На очи­стных станциях с биологической очисткой, кроме сырого осад­ка, образуется активный ил, количество которого по сухому веществу может достигать 50 % от общего объема осадка.

Технические трудности, экологическая опасность и огромные затраты (почти половина эксплуатационных расходов), связанные с транспортировкой, хранением и утилизацией осадков, ставят проблему обработки и утилизации осадков сточных вод в ряд глобальных.

Перед утилизацией осадок должен подвергаться предвари­тельной обработке. Цель обработки - уменьшение влажности и объема осадка, неприятного запаха, количества патогенных мик­роорганизмов (вирусов, бактерий, гельминтов и др.) и вредных веществ; снижение затрат на транспортировку и обеспечение экологически безопасного конечного использования.

Для обработки осадков строят специальные сооружения: ме-тантенки, аэробные стабилизаторы, различные установки для обезвоживания и сушки, иловые площадки.

Метантенки - это герметически закрытые резервуары, где ана­эробные бактерии в термофильных условиях (/° = 30-43 °С)

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

сбраживают сырой осадок из первичных и вторичных отстойни­ков. В процессе брожения выделяются газы: , водород углекислый газ , аммиак и др., которые могут затем использоваться для разных целей.

Осадки сточных вод, выгружаемые из метантенков, имеют влажность 97 % и неудобны для утилизации. Для уменьшения их объема применяют обезвоживание на иловых площадках или вакуум-фильтрах, центрифугах и других сооружениях. В резуль­тате обезвоженный осадок уменьшается в объеме в 7-15 раз и имеет влажность 50-80 %.

Аэробные стабилизаторы - это резервуары, где органическая часть длительное время минерализуется аэробными микроорга­низмами при постоянной продувке воздухом. Обработанный осадок обычно складируется на иловых площадках и затем используется как удобрение.

Но традиционный и наиболее удобный способ утилизации осадков в качестве удобрений в конце XX столетия стал весьма проблематичным, так как через системы водоотведения в осадок попадают вредные вещества от промышленных предприятий и из атмосферы. Кроме того, в быту используется большое количе­ство вредных химических веществ. Осадок служит также источни­ком инфекционных болезней.

Очевидно, что складируемые осадки, содержащие соли тяже­лых металлов, загрязненные патогенной микрофлорой, яйцами гельминтов, вирусами, представляют экологическую опасность и требуют неординарного подхода к режиму размещения и утили­зации.

Определенную опасность представляет и миграция вредных веществ в грунтовые воды. Сооружение гидронепроницаемых экранов и искусственное затвердение зеркала полигона требуют особого внимания и больших затрат. Кроме того, иловые пло­щадки и полигоны сами могут быть источниками выделения вред­ных веществ в атмосферу. Эмиссия газов происходит также из почв бывших свалок, полигонов и при транспортировке отходов.

Объемы и характер загрязнений атмосферы в полной мере зависят от параметров технологического процесса обработки осадков и, в первую очередь, от температурного режима. Высо-котемературные режимы сушки осадков могут вызвать проблему очистки газовых выбросов.

Изучение отечественного и мирового опыта показывает, что разнообразие технологий обработки и утилизации осадков чрез­вычайно велико. Физические, химические и биологические мето­ды позволяют получить из осадков различные продукты для ис­пользования в промышленности, однако, большинство рекоменда­ций применимы лишь для переработки малых объемов осадков, основаны на сложных технологиях, требуют большого количества реагентов, огромных инвестиций и нередко вызывают вторичные экологические проблемы.

При больших объемах осадков используются в основном две категории методов: термическая сушка и сжигание. При терми­ческой сушке сохраняются органические вещества, используе­мые в качестве удобрений. При сжигании осадков органические вещества превращаются в газообразные продукты.

Для крупных очистных станций, осадки которых могут приме­няться в качестве удобрений, рационально использовать термичес­кую сушку. Если применение осадков в сельском хозяйстве недо­пустимо из-за повышенного содержания опасных токсикантов, един­ственным способом, максимально сокращающим объем осадков и обеспечивающим наибольшие экономический и экологический эффекты, является их сжигание.

В большинстве развитых стран наблюдается тенденция к уве­личению объемов сжигаемых осадков. Главным стимулом к этому является рост цен на землю, что делает освоение новых техноло­гий экономически более выгодным и экологически более эффек­тивным, чем расширение территорий полигонов.

Сжигание осадков применяется, если они не подлежат дру­гим видам обработки и утилизации. Мировой опыт показывает, что 25 % образующихся на очистных сооружениях осадков

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

используется в сельском хозяйстве, 50 % размещается на поли­гонах и около 25 % сжигается. В связи с ужесточением санитар­ных требований к качеству осадков, уменьшается возможность использования их в сельском хозяйстве.

Первый в России и Восточной в Европе завод по сжиганию осадков сточных вод построен по инициативе одного из авторов этого учебника Ф. В. Кармазинова в Санкт-Петербурге.

Санкт-Петербург как самый большой город на побережье Балтийского моря несет особую ответственность за сохранение его чистоты.

В настоящее время очистка сточных вод города (примерно 2,2 млн м³/сут) осуществляется на трех очистных станциях по классической схеме полной биологической очистки, при кото­рой образуется смесь сырого осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила (12-15 т/сут на 100 тыс. жителей). Осадки - это необеззараженная влажная (до 99,7 %) масса, содержащая до 70 % органических веществ. В условиях обще­сплавной канализации Петербурга в осадках городских стоков аккумулируется большое количество вредных химических соеди­нений, в том числе 1-го и 2-го классов опасности. Высокие концентрации этих токсических веществ делают невозможным использование осадков сточных вод в качестве удобрений.

Многолетние попытки решить проблему утилизации с помо­щью различных технологий не дали положительных результатов.

До 1997 г. ежесуточно с трех станций аэрации города вывозилось на специальные полигоны около 1200 т обезвожен­ного осадка. Полигоны занимают более 150 га земли в приго­родной зоне, ежегодно потребность в таких площадях возраста­ет на 8-10 га. За 20 лет эксплуатации станций аэрации на полигонах вокруг Санкт-Петербурга скопилось 4 млн т необеззараженных осадков.

После досконального изучения отечественного и мирового опыта (Австрия, Великобритания, Германия, Дания, Швеция, Швейцария, Финляндия и др.) в ГУП «Водоканал Санкт-Петер-

бурга» пришли к выводу, что оптимальным вариантом в условиях Санкт-Петербурга будет внедрение технологии сжигания осадка. При этом значительно сокращается количество осадка, резко уменьшаются площади для его складирования. Образующаяся зола используется в производстве строительных материалов и других отраслях, тепло, получаемое за счет теплотворной спо­собности самого осадка, также утилизируется.

В этом грандиозном проекте главная роль была отведена Центральной станции аэрации (ЦСА). ЦСА, построенная в 1978 г., является первой в Санкт-Петербурге и одной из круп­нейших очистных станций в мире. Очистные соружения ЦСА принимают и очищают около 60 % бытовых и промышленных стоков города. Она расположена в устье р. Невы на искусст­венно намытом острове Белом. Площадь застройки 57 га. Полная мощность станции (1,5 млн м³/сут) была достигнута в 1985 г. В состав ЦСА входят насосные станции, сооружения механи­ческой и биологической очистки.

До середины 90-х годов на станции действовал только цех механического обезвоживания осадка с помощью центрифуг. Обезвоженный до 80 %, но не обеззараженный осадок (кек) вывозился специально закупленным автомобильным транспортом в открытые хранилища, построенные в отчуждаемых из хозяй­ственного оборота пригородных землях. Это ухудшало экологи­ческое состояние природной среды и условия проживания и отдыха населения в пригородной зоне.

В ноябре 1997 г. была введена в эксплуатацию первая очередь завода (рис. 11.19).

Последовательность операций по обработке осадка следую­щая:

- предварительная обработка на решетках;

- перемешивание осадка из первичных отстойников с актив­ным илом и процеживание смеси на тонких решетках;

- обработка реагентом-флокулянтом и обезвоживание на центр-
прессах;

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

- транспортировка обезвоженных осадков к печам сжигания;

- сжигание в печах «Пирофлюид» с псевдосжиженным слоем песка (внутренний диаметр печей - 6,7 м, высота - 15,8 м, температура - производительность - 62,5 т/сут).

Рис. 11.19. Схема завода по сжиганию осадков сточных вод

Очистка газов от пыли осуществляется на электрофильтрах, а от вредных примесей - путем кислой и щелочной промывки. Эффект очистки газов - более 99 %, что удовлетворяет требо­ваниям российских и европейских нормативов (табл. 11.7).

Таблица 11.7 Эффективность обработки дымовых газов

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

При внедрении установок по сжиганию осадков сточных вод решаются следующие эколого-экономические задачи:

- прекращается вывоз необеззараженного осадка, что позво­ляет прекратить вырубку лесов для новых площадей складирова­ния осадка;

- в печах в качестве топлива используются осадки сточных вод (природный газ необходим лишь для розжига печей);

- тепловая энергия, образующаяся при сжигании осадков,

рекуперируется(лат. recuperation - возвращение) в котлах - утилизаторах и

используется для производственных нужд;

- образующаяся зола используется в качестве добавок при изготовлении кирпича, легких бетонов, облицовочных материа­лов, дорожного покрытия и др.;

- годовые эксплуатационные расходы на сжигание осадка в 1,9 раза меньше, чем на обработку 1000 м³ осадка на поли­гонах;

- для изготовления оборудования задействованы крупнейшие промышленные предприятия Санкт-Петербурга.

Выполненные расчеты показали, что затраты на модерниза­цию всей системы обработки осадков на ЦСА Санкт-Петербур­га в нынешних условиях экологически эффективны и экономи­чески выгодны.

Таким образом, в Санкт-Петербурге создан первый отече­ственный практически экологически безопасный, почти безотход­ный и экономически рентабельный высокоавтоматизированный технологический комплекс по обработке и утилизации осадков, образующихся в процессе очистки сточных вод.

Учитывая, что проблема утилизации осадков сточных вод очень остро стоит во всех регионах, опыт Санкт-Петербурга, очевид­но/ будет востребован во многих крупных городах России.

В будущем большая доля потребности в сырье для промышлен­ности должна удовлетворяться продуктами переработки промышлен­ных и бытовых отходов.

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

11.4. Принятие решений Принятие решений в области ох- и управление раны окружающей природной сре­ды проблема чрезвычайно слож­ная, так как результаты принятых решений оцениваются различ­ными заинтересованными сторонами по-разному. Например, для какого-то города вывоз и захоронение отходов на полигонах в санитарном, экологическом и экономическом отношениях наи­более эффективны. Однако для тех, кто живет вблизи мест захоронения, такое решение будет не лучшим, так как это связано с движением грузовых машин и другими экологическими опасностями. Другой пример: закрытие целлюлозно-бумажного завода, администрация которого не может обеспечить природо­охранные мероприятия, является лучшей мерой с точки зрения охраны природы. Но если в данной местности завод - единствен­ное предприятие, то для работающих на нем это неприемлемо.

Необходимо помнить, что окружающая среда - сложная сис­тема, состоящая из множества тесно связанных элементов, и воздействие на один из них неизбежно сказывается на других. Поэтому, чтобы сохранить или улучшить качество охраняемой системы в целом, часто приходится жертвовать отдельными ее составляющими и идти на компромиссы.

Комплексный анализ различных сред, т. е. одновремен­ная оценка степени воздействия на почву, воздух и воду, позво­ляет находить правильные решения. Очистка потоков воды, со­держащей нерастворенные взвеси, является характерным приме­ром того, как возникает поток отходов в виде осадков, в резуль­тате чего проблема загрязнения воды переходит в проблему загрязнения почвы, требуя принятия соответствующих решений. Очистка воздуха от диоксида серы S0₂ с помощью извести порождает проблему загрязнения почвы и воды. При сжигании отходов решается проблема загрязнения почвы, но может воз­никнуть проблема загрязнения воздуха. Частичное или даже полное решение одной проблемы нередко приводит к появлению или обострению каких-либо других проблем.

Приведем один из возможных подходов к комплексному ана­лизу загрязнения различных сред.

Масса m каждого загряз­-
няющего вещества оценивается
степенью ущерба d_P, принима­-
ющей значения от 0 до 1.
Максимальному выбросу соот­ветствует максимальный ущерб
(d_P =1). При отсутствии загряз­
няющего вещества нет и ущер­-
ба (d_p=0). Изменение степени
ущерба между этими двумя пре­
дельными значениями может
описываться различными кривы­
ми (рис. 1.20). Рис. 11.20. Зависимость степени ущерба от

массы загрязняющего вещества
Для эколога, считающего, (по П. Бертокс, Д. Радд, 1990)

что даже небольшие количе­ства загрязняющих веществ наносят большой вред, степень ущер­ба выражается кривой А. Директор предприятия может считать более реальной кривую Б. Линии В и Г отражают другие воз­можные точки зрения. Для некоторых видов загрязнений харак­тер подобных зависимостей изучен, но для большинства веществ формы кривой неизвестны. В этих случаях прибегают к мнению экспертов.

Некоторые загрязнения сильно рассредоточены - их влияние распространяется на большие расстояния, они могут нанести больший вред, чем вещества, распространение которых подда­ется строгому контролю. Кроме того, некоторые виды загрязне­ний очень стойкие, и их действие со временем возрастает. Чтобы учесть всю совокупность этих воздействий, для каждого вида загрязнения (р) вводится модифицированная функция М_Р: М_Р = 0,1*с, где с = х + t + е; х - масштаб распространения действия; t - стойкость загрязнения; е - возможность переноса (табл. 11.8).

Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

Таблица 11.8 Показатели, с помощью которых вводится функция M_p

Как видно из табл. 11.8, суммарный показатель с может принимать значения от 3 до 8, а М_р, соответственно - от 0,3 до 0,8. Если загрязняющее вещество нестойко и не имеет области распространения, то М_р = 0,1; если значения х, t и е макси­мальны, то М_р = 0,8.

Обычно на практике рассматривают несколько видов загряз­нений, относительная значимость которых учитывается с помо­щью весового множителя W_P. Сумма значений W_P принимается равной 1000. Если в системе два загрязняющих вещества А и Б, но А вдвое опаснее Б, то W_A = 667, а W_Б = 333. Суммарный ущерб от всех видов загрязнений, наносимый среде (воздуху, почве или воде), оценивается показателем ухудшения качества среды К:

(11.24)

где р - номер загрязняющего вещества; d_PS - степень ущерба для выбранного варианта решения s; W_P - весовой множитель; М_Р - модифицированная функция.

Дата добавления: 2014-11-18