Методы очистки газовых выбросов. Охрана атмосферного воздуха.

Адсорбционный — вредные примеси улавливают с помощью поглотителей, в качестве которых используют активированный уголь (как в противогазе), известняк, а также поглощающие жидкости — щелочные растворы аммиака и извести. Недостатки — необходимость установки громоздкого оборудования и периодической очистки поглощающей жидкости.
Окислительный способ заключается в выжигании вредных горючих примесей до углекислого газа и воды; правда, здесь возникает проблема выбросов излишних объемов углекислого газа.
Каталитический — пропускание выбрасываемой газовой смеси через твердые катализаторы, в качестве которых чаще всего используют металлические сетки (например, из платины или ванадия) или оксиды металлов (цинка, алюминия, марганца и т.д.). Напомним, что катализаторы — это вещества, ускоряющие химические реакции, но сами в них не расходующиеся.
Иногда бывает целесообразно использовать сочетание перечисленных выше методов (например, применяют адсорбционноокислительный метод или каталитическое окисление).
Пока речь шла об очистке промышленных газовых выбросов. Основной вклад в такое загрязнение воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, строительной индустрии, целлюлозно-бумажной промышленности и энергетики, а также бытовые котельные.
Однако в крупных городах главным источником загрязнения воздуха является все-таки не промышленность, а автотранспорт. Сейчас на Земле постоянно функционирует около миллиарда автомобилей. Отработанные автомобильные выбросы содержат соединения свинца, кадмия, цинка, марганца, меди, хрома, кобальта, олова. Даже у совершенно здоровых людей загрязненный воздух вызывает усталость, плохой сон, кашель, головную боль. По данным медиков, в домах, стоящих рядом с крупными автомагистралями (до 10 м), жители заболевают раком в 3—4 раза чаще, чем в домах, расположенных хотя бы в 50 м от дороги. Автотранспорт также отравляет водоемы, почву и растения. Как получить экологически чистый автомобиль? Еще более 20 лет назад возникла идея ликвидировать вредные выхлопы еще до выброса их в атмосферу, для чего на пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы, окисляющие несгоревшие углеводороды и угарный газ до углекислого газа и восстанавливающие оксиды азота до азота и кислорода. В качестве катализаторов используют благородные металлы: платину, палладий и родий. Катализатор наносят на инертную подложку из гофрированной фольги или керамики. Кроме катализаторов, выхлопные газы проходят через фильтры из пенокерамики и пенометалла.
Каталитические нейтрализаторы выпускают двух видов: окислительные и бифункциональные. Первые уменьшают выбросы оксидов углерода и углеводородов на 80—90%, в них осуществляется дожигание продуктов неполного сгорания с помощью нагнетателей, пульсаров или эжекторов. Вторые снижают количество выбрасываемых оксидов углерода, углеводородов и оксидов азота на 70—80%, в них происходит, с одной стороны, восстановление оксидов азота до азота и кислорода, с другой — окисление оксидов углерода и углеводородов до углекислого газа и воды. Чтобы эти процессы протекали эффективно и синхронно, состав горючей смеси необходимо поддерживать в очень узких пределах, для чего используют специальный датчик — зонд.
В выхлопных газах дизельных двигателей концентрация оксидов углерода и углеводородов значительно ниже, чем у двигателей с искровым зажиганием, но в больших количествах образуется сажа и оксиды азота. Поэтому на дизельных двигателях устанавливают не только окислительные нейтрализаторы, но и сажевые фильтры.
Описанные выше катализаторы и фильтры устанавливают на автомобилях иностранного производства. Разумеется, такие шаги значительно повышают стоимость машин, поэтому цена иномарок в несколько раз превышает стоимость отечественных. Но жесткие экологические требования, введенные в европейских странах, вынуждают производителей идти на эти затраты, поскольку в результате повышается эффективность сохранения чистоты атмосферного воздуха.
Однако любой катализатор не вечен: через определенное время (как правило, 7 лет) его эффективность снижается, и тогда хозяин автомобиля вынужден платить налог за загрязнение воздуха. Именно в этот момент европейский или японский владелец машины и стремится продать ее. Куда? Ну, конечно, в Россию, где присутствует автомобильный дефицит, а автовладельцы не платят налог за загрязнение! Наши отечественные машины пока не оснащают катализаторами и фильтрами, а многочисленные иномарки на наших дорогах, как правило, подержанные, выпущены 7 и более лет назад. Результатом этого является катастрофически грязный воздух в наших городах, что приводит, как мы уже говорили, к повышенному уровню заболеваемости населения.
Каковы же перспективы? Одна из ближайших и реальных — переход от бензинового топлива к газовому. Газ считается экологически более чистым видом топлива по сравнению с нефтяными фракциями, поскольку он лучше выгорает и не дает токсичных выбросов, а только углекислый газ и воду.
Другой выход — оснащение автомобилей дизельными двигателями, дающих экономию горючего в 20—30%; кроме того, в их выбросах практически отсутствует угарный газ и нет соединений свинца. Однако машины с дизельными двигателями необходимо оборудовать еще и сажевыми фильтрами.
В качестве возможного заменителя природного газа, бензина и дизельного топлива часто называют водород, получаемый из воды. При сжигании водород снова превращается в воду. Опытные образцы автомобилей дали хорошие результаты, однако об их повсеместном использовании говорить пока рано: водород очень взрывоопасен, еще не решены технические вопросы методики заправки водородного двигателя и хранения такого топлива внутри автомобиля.
Наконец, одной из реальных перспектив является электромобиль. Пока все варианты этого средства передвижения сильно проигрывают автомобилю: они дают существенно более низкие скорости, довольно тяжелы из-за массивных аккумуляторов, требуют частой подзарядки. Но эти проблемы — чисто технические и вполне решаемы в будущем.
Весьма перспективными для городов, особенно на окраинах, являются и другие транспортные средства на электрической тяге, в частности, скоростные трамваи, пересекающиеся с городскими магистралями на разных уровнях. Строительство для такого трамвая пути, протяженностью в километр, обходится примерно в 10 раз дешевле строительства аналогичного участка линии метрополитена.
В крупных городах для снижения вредного воздействия загрязненного воздуха на здоровье людей применяют специальные градостроительные принципы зональной застройки жилых массивов. Вблизи дорог располагают низкоэтажные здания торговых комплексов, затем многоэтажные жилые корпуса, а под их защитой — детские и лечебные учреждения. В последние годы в России начали строить транспортные развязки без пересечений (увы, третье автомобильное кольцо в Москве не решило транспортную проблему столицы).
Таким образом, человечество уже накопило богатый опыт борьбы с загрязнениями ОС в виде экозащитных методик. Главными задачами сегодня являются технологические — внедрение описанных методик в повседневную жизнь.

10. Выводы и итоги

Главным техническим подходом в ООС является внедрение малоотходных и безотходных технологий, когда отходы одной отрасли хозяйства становятся сырьем для другой.
Сточные воды следует очищать механическими, химическими, физико-химическими и биологическими методами.
Одним из самых эффективных способов экономии пресной воды является оборотное водоснабжение.
Питьевая вода проходит несколько стадий очистки и обеззараживания. Хлорирование воды может вызвать образование токсичных соединений.
Для очистки газовых выбросов в атмосферу используют абсорбционный, окислительный и каталитический методы.
В настоящее время человечество занято интенсивными поисками создания экологически чистого автомобиля.

10, Методы дезинфекции и очистка сточных вод. Правовые вопросы водопользования.

При обеззараживании сточных вод действующей системы канализации или при проектировании системы обеззараживания следует тщательно изучить эпидемиологическую оценку сточных вод. Известно, что в сточных водах, даже прошедших все этапы традиционной очистки, содержатся патогенные энтеробактерии, что может привести к инфекционным заболеваниям водной этиологии у людей, контактирующих со сточными водами. А если сброс сточных вод производится без очистки, то создается крайне опасная эпидемическая ситуация, возможность распространения таких заболеваний, как холера, дизентерия, капилобакте-риозы и др. Основным методом дезинфекции сточных вод (в том числе и в мировой практике) является хлорирование с помощью реагента. Однако в связи с ухудшением экологической обстановки встает вопрос о целесообразности использования этого далеко не безопасного и не очень надежного метода. Альтернативным хлорированию методом обработки сточных вод является обработка их озоном. Действительно, этот метод дезинфекции более эффективен, чем хлорирование. Озон обладает высоким бактерицидным и ви-рулицидным действием. Благодаря сильной окислительной способности он разрушает окислительно-восстановительную систему бактерий и их протоплазму, в то время как хлор действует только на ферментную систему бактериальной клетки. Дезинфекция озоном протекает во много раз быстрее, чем хлором. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень их очистки, обезвредить различные токсичные соединения. Сточные воды городов, загрязненные соединениями азота, можно разделить по степени загрязненности и месту образования на два вида. К первому могут быть отнесены производственные сточные воды коксохимических, азотно-туковых и некоторых других химических предприятий. В этих стоках содержание аммонийного азота составляет 150...250 мг/л. Второй вид сточных вод — городские сточные воды с содержанием аммонийного азота около 50 мг/л, которые требуют очистки перед сбросом в водоемы. Очистка производственных и городских сточных вод от соединений азота приобретает особое значение в общемировом масштабе. Согласно правилам охраны водоемов от загрязнений сточными водами, предельно допустимые концентрации аммонийного азота составляют 2, нитритов 3,3, нитратов 45 мг/л. Существуют механический, биологический и химический методы очистки производственных и городских сточных вод. При механическом методе очистки сточных вод, которая включает в себя: отстаивание, фильтрование, применение гидроциклонов, происходит разделение жидкой и твердой фаз сточных вод. Для этой цели применяются решетки, песколовки, септики, отстойники (горизонтальные, вертикальные и двухъярусные). Жидкая часть сточных вод подвергается естественной или искусственной биологической очистке. Биологический метод очистки жидкостей заключается в минерализации органических загрязнителей сточных вод, находящихся в воде как в растворенном виде, так и в тонкодиспергирован-ном нерастворимом и коллоидном состоянии. Очистка достигается при помощи аэробных микробов, искусственно поселяемых в специальные сооружения: биофильтры, аэротенки и окситенки. Органические вещества разлагаются микробами до простых минеральных соединений. После биофильтров, аэротенков и окси-тенков сточные воды направляются для осветления во вторичные отстойники. После завершения всех видов очистки сточные воды дезинфицируют хлоридом (жидким или хлорной известью) с целью обезвреживания болезнетворных бактерий. Химический метод очистки заключается в нейтрализации сточных вод. Сточные воды многих производств содержат серную, соляную и азотную кислоты. Нейтрализация таких стоков может производиться фильтрацией через магнезит, доломит, любые известняки. При химической очистке можно извлекать ценные соединения. После химической очистки сточные воды следует подвергать биологической очистке. Суммарные затраты на очистку сточных вод в среднем составляют 10... 15%, а иногда и 20... 25% от общей сметной стоимости промышленных предприятий. Как видим, стоимость очистки сточных вод весьма высока. Кроме того, с помощью очистных сооружений не всегда можно решить проблему защиты биосферы. В связи с этим учеными ведется интенсивный поиск более эффективных способов охраны водоемов от загрязнения. Эта проблема может быть успешно решена путем создания экологически безопасных, малоотходных и безотходных технологических процессов и производств. Наряду с разработкой безотходных технологий разрабатываются и внедряются замкнутые системы водного хозяйства предприятий и промышленных узлов, в которых все жидкие отходы после соответствующей обработки возвращаются для повторного использования. Преимущество замкнутой (оборотной) системы водо-использования заключается в полном предотвращении загрязнения водоемов сточными водами, сокращении потребления природной воды и создании благоприятных условий для утилизации отходов производств. Оборотное водоснабжение позволяет снизить расход свежей воды и предотвратить рост загрязнения водоемов. На современных нефтеперерабатывающих и металлургических предприятиях оборот воды доведен до 97%, и сегодня стоит задача исключить здесь сброс отработанных вод в водоемы. Наряду с оборотными системами водоснабжения отдельных предприятий, как указано выше, создаются оборотные системы технической воды в масштабе промышленных узлов и районов. После очистки на локальных очистных сооружениях предприятий сточные воды подвергаются доочистке на общегородских (районных) очистных сооружениях и направляются в общегородской промышленный водопровод. Промышленные и бытовые сточные воды после подготовки можно использовать в сельском хозяйстве. Сточные воды содержат питательные элементы. Так, каждая тысяча кубометров городских сточных вод содержит до 80 кг азота, 15 кг калия, 15 кг фосфора, 80 кг кальция и магния, что соизмеримо с 10... 15 т навоза. В растворенном состоянии питательные вещества легче усваиваются растениями. Очищенными сточными водами поливают технические и кормовые культуры, а также зеленые насаждения. В настоящее время существуют новые методы очистки сточных вод: - обработка стоков в магнитных и электрических полях; - облучение в различных участках спектра; - диспергирование содержащихся в стоках примесей; - методы электрокоагуляции и электрофлотации, которые применяются для очистки сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов. Коагулирование осуществляется при добавлении к сточной воде реагента (коагулянта), способствующего быстрому выделению из воды взвешенных и эмульгированных веществ, которые другими методами выделить не удается. В целях проведения мероприятий по устранению неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения используют автоматические приборы, которые подразделяются на приборы для стационарных лабораторий и для работы в полевых условиях и передвижных лабораториях. Например, в Московском водном бассейне создана автоматическая система контроля качества воды — АНКОС-В (автоматическое наблюдение и контроль окружающей среды — вода). Все полученные данные автоматических измерений передаются в центр обработки информации, а оттуда через диспетчерский пункт непосредственно потребителям. Система АНКОС-В должна быть прообразом систем, контролирующих окружающую среду в масштабе всей страны. Система позволяет не только оперативно фиксировать уровень загрязнения воды, но и регулировать при стыковке с автоматизированной системой контроля сточных вод качество воды и оперативно оценивать эффективность мер по охране водной среды.