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 катионного полиэлектролита	с использованием минерального коагулянта
Взвешенные вещества	99	99
Общий азот	50-58	50-54
Общий фосфор	50-58	83—88
Нефтепродукты	99—100	90
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	80—90	70-80
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.