Защита литосферы

Наиболее сильно подвергается загрязнению верхний слой литосферы - почва. Кроме загрязнений от атмосферы и вод в почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды.

Самоочищение почв происходит очень медленно. Токсичные вещества накапливаются, что способствует изменению химического состава почв, нарушению биогеоценоза. Из почвы токсичные вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать негативные последствия.

Много ртути поступает в почву с пестицидами и промышленными отходами. Неконтролируемые выбросы ртути составляют 4-5 тыс.т. в год, а из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг поступает в окружающую среду. Много свинца поступает в почву из атмосферы, содержащей выхлопные газы автомобилей.

Тепловые электростанции дают 70 млн.т. пылевидной золы и кусковых шлаков в год. В золе находится 17-40% Al₂O₃, 25-40% железа.

На свалки, занимающие большие площади, ежегодно поступают миллиарды консервных банок, стеклянных бутылок, разнообразных металлических емкостей и пр.

Все виды промышленных отходов, загрязняющих литосферу, делятся на твердые и жидкие. К твердым отходам относятся отходы металлов, дерева, пластмасс и других материалов, пыль минерального и органического происхождения, мусор, состоящий из различных органических и минеральных веществ: резины, бумаги, тканей, песка, шлака и т.п.

К жидким отходам относятся осадки сточных вод (СВ) после их обработки, а также шламы минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов. Для использования отходов в качестве вторичного сырья разработана их промышленная классификация: по физическим признакам, по химическому составу и по показателям качества отходов.

Шламы из отстойников очистных сооружений и прокатных цехов содержат большое количество твёрдых материалов, концентрация которых составляет 20 – 300 г/л. После обезвреживания и сушки шламы используют в качестве добавки к агломерационной шихте или удаляют в отвалы. Шламы термических, литейных и других цехов содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, а также цианиды, хлорофос и др.

Отходы производства, технология переработки которых ещё не разработана, складируют и хранят до появления новых технологий переработки отходов. Разработка мероприятий по обезвреживанию и переработке неутилизируемых промышленных отходов привела к необходимости классификации отходов по гигиеническому и технологическому принципам (например, легко разлагающиеся, инертные, слаботоксичные вещества и др.).

Различают три варианта технологий использования отходов: переработка и использование; переработка и консервация (хранение); уничтожение.

Вторичные ресурсы металлов в значительной мере складываются из лома (57%). Ломом металлов называют изношенные и вышедшие из употребления детали и изделия из металлов и сплавов. Существуют промышленные отходы металлов, получаемые при плавке и механической обработке, а также в виде бракованных деталей и изделий, возникающего в процессе производства. На предприятиях, где образуется большое количество отходов, организуется специальные цехи для переработки вторичных ресурсов.

Как правило, переработку промышленных отходов в РФ производят на специальных полигонах, создаваемых в соответствии с требованиями СНиП 2.01.28-85 и предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, НИИ и учреждений. Приему на полигон не подлежат: отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов и других веществ; нефтепродукты, подлежащие регенерации, радиоактивные отходы.

Переработка отходов на полигонах предусматривает использование физико-химических методов, термическое обезжиривание с утилизацией теплоты; демеркуризацию ламп с утилизацией ртути и других ценных металлов, прокаливание песка и формовочной земли, подрыв баллонов в специальной камере, затаривание отходов в герметичные контейнеры и их захоронение.

Экологически безвредная обработка твёрдых и жидких отходов, токсических промышленных отходов, а также утилизация или регенерация ценных веществ без отходов обеспечиваются в основном за счёт:

— подготовки и сжигания ила и твёрдых отходов с утилизацией полученного тепла;

— упаривания и сжигания жидких отходов;

— обезвреживания сточных вод, содержащих органические вещества, путём сжигания и последующей очисткой отходящих газов;

— термическое разложение отработанных кислот, а также отходов нефтеперерабатывающих производств.

Полигоны для переработки отходов должны иметь санитарно-защитные зоны: завод по обезвреживанию токсичных отходов мощностью 100 тыс.т. и более отходов в год - 1000м; завод мощностью менее 100 тыс.т. в год - 500 м; участок захоронения токсичных отходов - не менее 300 м.

Предельно допустимые концентрации химического загрязнения почв по своей величине значительно отличаются от ПДК для воздуха и воды. ПДК_п - это концентрация химического вещества (мг) в пахотном слое почвы (кг), которая не должна вызывать прямого или отрицательного косвенного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и здоровье человека, а также на само очищающую способность почвы. Существует четыре разновидности ПДК_п в зависимости от пути миграции химических веществ в сопредельные среды: ТВ - транслокационный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений; МА - воздушный миграционный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в атмосферу; МВ - миграционный водный показатель, характеризующий переход химического вещества из почвы в подземные грунтовые воды и водоисточники; ОС - общесанитарный показатель, характеризующий влияние химического вещества на само очищающую способность почвы и микробиоценоз.

Отбор проб почвы проводят на участке площадью 25 м² в 3-5 точках по диагонали с глубины 0,25 м, при выяснении загрязнения грунтовых вод - с глубины 0,75-2 м в количестве 0,2-1,0 кг. В случае применения новых химических соединений, для которых отсутствует ПДК_п, проводят расчет временных допустимых концентраций

ВДК_п = 1,23 + 0,48 lg ПДК_пр,

где ПДК_пр - предельно допустимая концентрация для продуктов (овощные и плодовые культуры) мг/кг.

Вещество	ПДКп, мг/кг	Вещество	ПДКп, мг/кг
Марганец	1500; ОС	Бромфос	0,4; ТВ
Мышьяк	2; ОС	Перхлордивинил	0,5; ТВ
Ртуть	2,1; ОС	Изопропилбензол	0,5; МА
Свинец	20; ОС	Фосфора оксид Р2О5	200; ТВ
Хром	0,05; МВ	α- метилстирол	0,5; МА
Бенз(а)пирен	0,02; ОС	Формальдегид	7; ОС

Многие из загрязняющих почву промышленных отходов могут быть использованы в качестве вторичных ресурсов. Основные операции первичной обработки вторичных ресурсов, в частности металлоотходов, состоят в сортировке, разделке и механической обработке или переплавке. Сортировка заключается в разделении лома и отходов по видам металлов; разделка лома состоит в удалении неметаллических включений; механическая обработка включает рубку, пакетирование и брикетирование на прессах; переплавка осуществляется в металлургических печах.

Металлоотходы, подлежащие переплавке, должны быть подготовлены. Например, стружка - спрессована, а крупные детали, части машин, напротив, необходимо дробить. Однако, при переплавке изношенных легированных инструментов, жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов возникает проблема выгорания (потерь) дорогих легирующих добавок. Для уменьшения убытков разработаны техпроцессы вакуумной и электрошлаковой переплавки в пульсирующем магнитном поле.

Стружка может составлять 10...60 % от исходного сырья. При переплавке, за счет смешения разных марок отходов сырья получается низкосортный сплав. Рациональными технологиями являются: метод объемной горячей штамповки деталей непосредственно из стружки; порошковой стали; опилки - также используются в порошковых технологиях.

В последние годы ведутся исследования новых способов переработки лома перед отправкой в печи. Например, измельчение вторичного сырья удобнее проводить при предварительном охлаждении до минус 100...120⁰С. Этот способ, предназначенный для переработки низкосортного легковесного лома, что, во-первых, позволит с меньшими затратами энергии его дробить, во-вторых, использование такого метода позволяет лучше очищать металл.

Радикальное решение проблемы состоит в переводе промышленности на технологические циклы нового типа, позволяющие резко сократить потери металла. Один из таких методов - внедрение прямой переработки руды в железо, минуя стадию чугуна. По такому циклу работает, например, Оскольский электрометаллургический комбинат. Здесь сначала обогащенную руду перерабатывают в окатыши, имеющие в своем составе около 90 % чистого железа, а затем в больших электропечах их превращают в сталь высокого качества, бездоменная технология позволяет отказаться от кокса.

Следующий шаг усовершенствования металлургического производства - переход от сталей к другим металлам: титану, алюминию, магнию и сплавам на их основе. Широкое внедрение титаномагниевых и алюминиевых сплавов сдерживается дефицитом энергии. Отходы производства в виде полимеров практически не подлежат естественным процессам уничтожения (гниение, выветривание, растворение). Принудительное уничтожение (сжигание, захоронение, затопление) наносит экологический вред окружающей среде. Поэтому все отходы полимерных материалов обязательно должны собираться, сортироваться, уплотняться и гранулироваться.

Традиционными методами переработки таких отходов является измельчение, деполимеризация, растворение, химическое модифицирование. Например, отходы поливинилхлорида, измельченные до 4 мм, перемешиваются в смесителе с добавками пластификатора, красителя и стабилизатора при 150⁰ в течение 10...15 мин. Полученную массу подают затем на переработку в изделия.

Еще один вид отходов - старые покрышки от автомобилей и тракторов. Их повторное использование представляет большую проблему во всем мире: свыше 90 % отходов резины составляют именно они.

В США покрышки сжигают в топках ГРЭС таким образом, что в окружающую среду не попадают ни копоть, ни сажа. Полученная электроэнергия стоит примерно столько же, как при сжигании углей.

В ФРГ измельченные автопокрышки пропускают над раскаленным до 700⁰С кварцевым песком. Образующиеся сажа, пыль, газы в стальном корпусе реактора под действием жара превращаются в конгломерат. Затем, пройдя цепь технологических установок, получают ценные продукты: бензол, толуол, нафталин и горючий газ, который освобождают от балласта и используют в качестве энергоносителя для разогрева до нужной температуры того же кварцевого песка.

Для измельчения покрышек можно использовать энергию взрыва заряда взрывчатого вещества, воздействующего на поверхность покрышки в условиях взрывной камеры. В результате чего, наряду с дроблением, происходит отделение резины от металлокорда, ее девулканизация, что приближает свойства резиновой крошки к свойствам сырой резины.

Термический способ разложения синтетических отходов без воздуха пригоден также для переработки синтетических пленок, полиэтиленовых пакетов и других пластиков. Пластиковые отходы превращают в твердый вид пластмассы, которая затем идет на изготовление целого ряда предметов домашнего обихода: вешалки для одежды, цветочные горшки, штакетник, облицовочная плитка, кровельные конструкции, трубы и пр.

Особого внимания заслуживают радиоактивные осадки, загрязняющие почву, которые делятся на первичные (местные), вторичные и поздние (глобальные). Первичные - наиболее крупные частицы, оседающие в виде пыли или с дождем после взрыва, аварии в этом районе. Вторичные - выпадают на землю в течение 1-5 суток. Поздние - мелкодисперсная пыль, распространяется в земной атмосфере и выпадает в течение нескольких лет в различных районах. По некоторым данным, после каждого испытания атомного оружия на земле погибает от 30 до 60 тыс. человек.

Единственный путь борьбы с таким загрязнением атмосферы - запрещение испытаний атомного оружия, разоружение. Расширение использования ядерной энергетики (АЭС) увеличивает опасность заражения воздуха радиоактивными отходами.

К удалению радиоактивных отходов подходят дифференцированно. Основную массу отходов, которая содержит небольшие концентрации короткоживущих радионуклидов (вентиляционный воздух помещений), выбрасывают через высокие трубы.

Воздух, непосредственно контактирующийся с высокорадиоактивным оборудованием и газы, выделяющиеся при очистке теплоносителя первого контура, подвергают многоступенчатой фильтрации через тонковолокнистые ткани, адсорбируют и пропускают через газгольдеры. После очистки этот воздух разбавляют основной массой вентиляционного воздуха и выбрасывают через трубы.

Сброс, удаление и обезвреживание твердых и жидких радиоактивных отходов производится согласно ОСП-72/88 (основные санитарные правила работы с РВ и источниками ионизирующих излучений) и НРБ - 96 (нормы рациональной безопасности).

В настоящее время оптимального решения утилизации радиоактивных отходов (РО) нет. Поэтому прибегают к относительному обезвреживанию отходов путем специального хранения их в максимально концентрированном виде с учетом периода полураспада:

а) короткоживущие РО (период полураспада Т £ 14 дней) сначала концентрируют, а затем оставляют на хранение под водой, или в старых шахтах, чтобы активность упала до нуля. После этого их можно обрабатывать без всякой опасность;

б) среднеживущие РО (с периодом полураспада до Т £ 100 лет), например, стронций 90 (Т=23 года). Их концентрируют, пакуют в контейнеры (стальные или железобетонные бочки) и сбрасывают в океанские глубины;

в) долгоживущие РО (Т ³ 100 лет) нагнетают или в старые горные выработки (с исходной концентрацией), или (при разбавлении) сливают в открытый океан.

Санитарное состояние почвы оценивается по ряду гигиенических показателей, в том числе по так называемому санитарному числу, т.е. отношению содержания белкового азота к общему органическому. Кроме того, учитывается наличие кишечной палочки (коли-титр), личинок мух, яиц гельминтов. По комплексу этих показателей почва оценивается как чистая или загрязненная.

Нормативы накопления токсических отходов на территории предприятия устанавливаются на основе совокупности показателей, включающих размеры территории складирования, токсичность и химическую активность соединений, присутствующих в отходах. Для этого также существует ряд формул, хотя принципы такого нормирования и общие подходы к нему могу варьировать в регионах с различными почвенными и климатическими условиями.

Обычно нормируются два показателя: предельное количество токсичных промышленных отходов на территории предприятия и предельное содержание токсичных соединений в промышленных отходах.

Предельное количество отходов на территории предприятия — это такое их количество, которое можно размещать при условии, что возможное выделение вредных веществ в воздух не превысит 30 % от ПДК в воздухе рабочей зоны предприятия ПДКр.з. При этом вещества, наиболее опасные и даже хранимые в герметизированной таре, а также токсичные отходы очистных сооружений удаляются с территории предприятия в течение суток. Твёрдые сыпучие отходы, хранящиеся в контейнерах, пластиковых пакетах и бумажных мешках, удаляются в течение двух суток.

Контроль загрязнения почв осуществляется преимущественно в условиях населенных пунктов органами санэпидслужбы и включает: предупредительный надзор, заключающийся в апробации генеральной схемы очистки и проектов сооружений по очистке и обезвреживанию твердых промышленных и бытовых отходов, и текущий — с целью обеспечения санитарной охраны почвы, своевременного сбора и удаления промышленных отходов и вторичного сырья. Под контролем санитарной службы находится не только сбор, но и транспортировка отходов, согласование мест их захоронения и переработки. Это касается также осадков водоочистных сооружений (скопов, отработанного активного ила и др.).

Дата добавления: 2014-01-05