Классификация и методы очистки сточных вод

Тип вредных веществ	Методы очистки сточных вод
Нерастворимые в воде загрязнения – взве-шенные вещества, эмульсии и суспензии образуют с водой гетерогенные кинети-чески неустойчивые соединения (I группа)	Методы, основанные на ис-пользовании сил гравитации
Вещества коллоидной степени дисперс-ности (R ~ 0,1 мкм), образующие с водой гидрофобные и гидрофильные системы (II группа)	Электрофлотация + коагуляция
	Флотация + коагуляция
	Фильтрация
	Отстаивание (седиментация)
Вещества молекулярной степени дисперс-ности (R < 0,01 мкм). Растворимые органические соединения (III группа)	Сорбция на активированном угле
	Нанофильтрация
Ионные растворы (R<0,001 мкм). Растворы солей, кислот, щелочей, ионы металлов – электролиты (IV группа)	Реагентный метод – перевод ионов в малорастворимые соединения
	Мембранные технологии обессоливания

 

При обработке сточных вод различного типа используют разные группы методов. Применяя разделение по фазовому состоянию веществ в растворе, можно сгруппировать методы очистки сточных вод.

Для каждого типа промышленных производств характерен свой состав сточных вод. Например, на металлообрабатывающем предприятии в сточных водах будут присутствовать ионы тяжелых металлов и нефтепродукты, однако там не будет фенолов и смол. С другой стороны, на НПЗ в сточных водах будут содержаться фенолы, но не будет ионов никеля или хрома.

Выбор наилучших доступных технологий очистки воды является для проектировщиков достаточно сложной задачей, обусловленной разнообразием загрязняющих веществ в сточной воде и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству ее очистки. Например, для обессоливания воды с целью создания оборотного водоснабжения предприятия используют следующие методы: ионный обмен, обратный осмос, нанофильтрацию, вакуумное выпаривание. Воду, прошедшую процесс обессоливания, можно использовать повторно для технологических целей: промывки деталей в гальваническом производстве, охлаждения оборудования, получения пара и пр. Также возможна утилизация ценных компонентов из сточных вод, кислот и щелочей с использованием, например, керамических мембранных элементов. На основании результатов анализа сточной воды можно спроектировать очистные сооружения и подобрать соответствующее оборудование. Выбор оборудования для очистки сточных вод требуется осуществлять методом сравнения данных о качестве воды с характеристиками данных технологического оборудования.

Очистные сооружения сточных вод проектируются на основании анализа производственных процессов и состава стоков. Например, используются деструктивные методы очистки сточных вод промышленных предприятий, с разложением вредных веществ или переводов их в нетоксичные соединения, и регенеративные методы, базирующиеся на утилизации и извлечении загрязнений из воды.

На основании объема и характеристик сточных вод применяются различные методы обработки: механические, физико-химические, физические, химические,  биологические, а также их комбинирование.

Переработка твердых отходов

Утилизация твердых отходов

В химической и нефтехимической промышленности образуются многочисленные твердые отходы, различающиеся по своему происхождению и составу. Ввиду большого многообразия этих отходов предложить обобщенную схему их утилизации и обезвреживания не представляется возможным, поэтому рассмотрим основные методы применительно к многотоннажным отходам производства.

Переработка фосфогипса

Фосфогипс образуется как отход в производстве фосфорной кислоты из природных фосфатов. При разложении фосфатов серной кислотой в раствор переходит фосфорная кислота и образуется труднорастворимый сульфат кальция (фосфогипс):

Ca₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ = 5CaSO₄ + 3H₃PO₄ + HF

В зависимости от температуры и концентрации получаемой кислоты сульфат кальция выделяется в форме дигидрата CaSO₄•2H₂O (гипс), полугидрата CaSO₄•1/2Н₂О или безводной соли CaSO₄ (ангидрит). При получении экстракционной фосфорной кислоты дигидратным способом образуется 7,5 - 8,4 т влажного фосфогипса в пересчете на дигидрат. Фосфогипс (в пересчете на сухое вещество) содержит до 94% CaSO₄, а также в виде примесей неразложившийся фосфат, неотмытую фосфорную кислоту, полуторные оксиды, соединения стронция, различные микропримеси (редкоземельные элементы, Mo, Co, Mn, Zn), соединения фтора.

Основными примесями, препятствующими прямому использованию фосфогипса вместо природного гипса в строительстве, являются соединения фтора и фосфора. В России и странах СНГ в настоящее время в отвалах находится более 40 млн. т фосфогипса и ежегодно образуется около 10 млн. т этого отхода. Фосфогипс помимо загрязнения окружающей среды наносит большой экономический ущерб, поскольку до 10% себестоимости фосфорной кислоты приходится на затраты по его транспортировке и хранению. Шламохранилища занимают огромные площади земель, необходимых сельскому хозяйству.

В нашей стране и за рубежом разработано несколько направлений использования фосфогипса. Ниже приводится их экономическая эффективность в расчете на 1 т отхода:

 

Область использования	Экономический эффект, руб/т
Производство гипсовых вяжущих	+3,5
Производство портландцемента (в качестве добавок)	+2,5
Производство серной кислоты и цемента	-8,6
Производство серной кислоты и извести	-6,6
Производство сульфата аммония	-22,2
Сельское хозяйство	+6,4

 

Процесс получения гипсовых вяжущих из фосфогипса обычно состоит из двух стадий: очистка фосфогипса от соединений фтора и фосфора и последующая дегидратация CaSO₄•2Н₂О до CaSO₄•1/2H₂О. Дегидратацию осуществляют путем обжига в печах при температуре 150-170⁰С либо в автоклавах при 120-170⁰С. Технология получения вяжущих освоена в промышленном масштабе, в настоящее время по этому методу перерабатывается в мире 3 млн. т фосфогипса и производится 1,9 млн. т вяжущих материалов.

В производстве цемента фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5%. Использование фосфогипса уменьшает расход топлива в производстве цемента, повышает производительность печей и качество цементного клинкера.

В производстве серной кислоты и цемента высушенный фосфогипс смешивают с глиной, песком и коксом и обжигают при 1200-1400⁰С. При обжиге протекают следующие реакции:

CaSO₄ + 2С = CaS + 2СО₂;

CaS + 3CaSO₄ = 4СаО + 4SO₂

Процесс может быть описан суммарной реакцией:

2CaSO₄ + С = 2СаО + 2SO₂ + СО₂

В процессе применяют небольшой избыток углерода (20-30% от стехиометрического) для компенсации его расхода на побочные реакции.

Образующийся диоксид серы направляется на окисление до SO₃, который далее абсорбируется водой с получением серной кислоты.

В производстве серной кислоты и извести фосфогипс восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа:

CaSO₄ + 2С = CaS + 2СО₂;

CaSO₄ + 4СО = CaS + 4СО₂;

CaSO₄ + 4Н₂ = CaS + 4Н₂О

Сульфид кальция обрабатывают водой, а полученную суспензию - диоксидом углерода: CaS + Н₂О + СО₂ = H₂S + CaCO₃

Полученный сероводород окисляется до диоксида серы:

H₂S + 3/2О₂ = SO₂ + Н₂О

Разработаны способы, основанные на взаимодействии предварительно приготовленного (NH₄)₂CO₃ с фосфогипсом или на непосредственном контактировании газообразных NН₃ и СО₂.

Разработана схема комплексной переработки фосфогипса в сульфат аммония, оксид кальция и концентрат редкоземельных элементов. Метод основан на том, что СаО, полученный из осадка СаСО₃, растворяется в аммониевых солях, а редкоземельные элементы остаются в осадке. Прокаливание СаСО₃ проводят при 1000⁰С, полученный оксид кальция обрабатывают раствором NH₄Cl с получением раствора СаСl₂ и осадка редкоземельных элементов. Аммонизированный раствор СаСl₂ насыщается CO₂ для выделения СаСО₃ и регенерации NH₄Cl.

В сельском хозяйстве фосфогипс используется для гипсования солонцовых почв. При внесении в такие почвы фосфогипса (6-7 т на 1 га) происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается. Фосфогипс рекомендуется применять в качестве местных удобрений. Использование такого удобрения экономически оправданно при отсутствии дальних перевозок (до 500 км). Использование фосфогипса не требует очистки от Р₂O₅, поскольку эта примесь играет положительную роль при внесении в почву.

Потребность в нашей стране в серосодержащих удобрениях составляет более 2 млн. т/год.

Среди других методов переработки фосфогипса перспективным является извлечение из него элементной серы путем восстановления при температуре 1100-1200⁰С.

Переработка пластмасс и эластомеров

Технологические отходы пластических масс и эластомеров образуются в отраслях, занимающихся синтезом и переработкой этих продуктов. По статистическим данным, в производстве этих отходов образуется от 5 до 35%.

Длительное время захоронение в почву и сжигание были наиболее распространенными способами уничтожения отходов пластмасс и эластомеров. Тепло, выделяющееся при сжигании, использовалось для генерирования водяного пара. Однако при сжигании происходит образование сажи от неполного сгорания полимеров, выделение токсичных газов и, как следствие, повторное загрязнение воздушного бассейна.

К основным способам утилизации отходов пластмасс относятся: термическое разложение путем пиролиза; деполимеризация с получением исходных низкомолекулярных продуктов (мономеров, олигомеров); вторичная переработка.

Пиролиз полимеров осуществляется при температурах 800-1100⁰С и позволяет получить высококалорийное топливо, сырье и полупродукты, используемые в различных технологических процессах, а также мономеры для синтеза полимеров. При пиролизе отходов полиэтилена (Т = 740⁰С) образуются полезные продукты: этилен (25%), метан (16%), бензол (12%), пропилен (10%).

Установка термического пиролиза включает дробилку, шнековый питатель, печь пиролиза, скруббер для промывки пирогаза, холодильник, ректификационную колонну разделения углеводородов и камеру сжигания отходящих газов. В случае переработки поливинилхлорида предусматривается скруббер для поглощения НСl. Печь пиролиза отходов представляет собой обогреваемую вертикальную цилиндрическую камеру, в которой измельченные пластмассовые отходы перемещаются под действием силы тяжести вниз, а продукты пиролиза из верхней части печи направляются на переработку.

Разработаны процессы каталитического гидрокрекинга для превращения полимерных отходов в бензин и масла.

Процессу деполимеризации с получением мономеров подвергают только те виды пластмасс, которые распадаются при сравнительно низких температурах (300-450⁰С). К таким полимерам относятся полистирол и его сополимеры, полиакрилаты. Пиролиз полистирола сопровождается получением 50-70% исходного стирола, при термическом разложении полиметилметакрилата выход газообразного метилметакрилата достигает 91-96%.

Наиболее эффективным способом утилизации отходов полимерных материалов является их вторичная (а в некоторых случаях многократная) переработка. Освоены процессы переработки вышедшей из употребления полиэтиленовой пленки в трубы для сельского хозяйства и изделия менее ответственного назначения, а также во вторичную пленку. Технологический процесс получения вторичной полимерной пленки заключается в подготовке исходного сырья (использованной пленки), гранулировании и смешении полученных гранул с первичным полиэтиленом с последующим получением пленки обычными методами.

II. Международное экологическое право (4 часа)

4. Основные направления и формы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды

Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды насчитывает пока менее, чем полувековую историю. К началу 70-х годов прошлого века стало достаточно очевидно, что в отношениях общества и природы возникли проблемы, несущие глобальную угрозу человечеству вследствие необратимых изменений в биосфере планеты. Задача сохранения среды обитания человека стала носить, таким образом, интернациональный характер.

Проблема окружающей среды в ее современной интерпретации получила распространение, начиная со времени Стокгольмской конференции (1972 г.). В соответствии с ее решениями в ООН был создан самостоятельный орган, на который было возложено международное сотрудничество в данной области в мировом масштабе. Этот орган получил название  «Программа ООН по окружающей среде» - ЮНЕП. Действует он на постоянной основе со штаб-квартирой в Найроби (Кения).

Руководящим органом ЮНЕП является Совет управляющих, избираемый Генеральной Ассамблеей ООН на четырехлетний срок. На этот Совет возложены функции осуществления содействия международному сотрудничеству в охране окружающей среды, представление рекомендаций по проведению соответствующей политики, осуществление руководства и координации природоохранных программ, постоянное наблюдение за состоянием окружающей среды в мире, содействие международным сообществам в накоплении и оценке знаний и информации об окружающей среде.

В связи с тем, что охрана окружающей среды является многослойной, комплексной проблемой, в дополнение к деятельности ЮНЕП, отдельными ее аспектами занимаются следующие специализированные организации под эгидой ООН, имеющие статус автономных:

 ЮНЕСКО выполняет работу по программе «Человек и биосфера», проводит исследования социально-экономических факторов развития и взаимосвязи между человеком и средой;

 ФАО имеет своей целью улучшение производства и переработки сельскохозяйственной продукции, лесоводства и рыболовства, содействует инвестициям в агросферу, рациональному использованию почвы и водных ресурсов, удобрений и пестицидов, освоению новых и возобновимых источников энергии;

 ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) имеет, помимо прочего, задачу содействовать экологической безопасности, включая безопасное водообеспечение, питание и удаление отходов;

 ЮНИДО содействует промышленному развитию и установлению нового международного экономического порядка;

 MAГАTE разрабатывает нормы безопасности и защиты от радиации, включая безопасную транспортировку радиоактивных материалов и утилизацию отходов.

Все более важную роль в решении глобальных экологических проблем играет такая международная организация, как Глобальный Экологический  Фонд (ГЭФ). Созданный в начале 90-х гг., этот фонд предназначен помогать в основном развивающимся странам для решения таких экологических проблем, которые имеют планетарный характер. В деятельности ГЭФа участвуют три международные структуры: Программа ООН по развитию, Программа ООН по окружающей среде и Всемирный банк. В качестве первоочередных направлений для финансирования выделены четыре: глобальное потепление климата, загрязнение международных вод, уменьшение биоразнообразия и истощение озонового слоя.

Имеются проекты ГЭФ и в России. Нашей стране был предоставлен грант на сохранение биоразнообразия в России и охраны Байкальского региона на сумму 20,1 млн. долл. ГЭФ также представил России 60 млн. долл. для поэтапного сокращения производства и потребления озоноразрушающих веществ, а также перевода промышленности на озонобезопасные технологии. Предполагается также предоставление стране 26 млн. долл. в рамках проекта «Специальная инициатива по прекращению производства озоноразрушающих веществ», подготовленного совместно с Мировым банком.

Все указанные выше организации являются самостоятельными, созданными на основе межправительственных соглашений и обладающими широкими международными полномочиями. Кроме них вопросами охраны окружающей среды по отдельным аспектам так или иначе занимаются и другие организации, функционирующие как в составе, так и под эгидой ООН.

5. Источники международного экологического права

Источником международных эколого—правовых отношений является воля членов мирового сообщества, направленная на охрану и рациональное использование окружающей природной среды. Функционирование, пребывание в действенной силе источников международного экологического права является одним из актуальных вопросов в области охраны окружающей среды в международно—правовой доктрине. Исходя из этого, целесообразно проанализировать их во взаимосвязи:

1. Установление новой всемирной концепции экологической безопасности, под которой понимается взаимосвязанная и взаимозависимая система экологических составляющих планеты, а также сохранение и поддержание существующего естественного природного баланса между ними. Согласно этой концепции устанавливается прямая связь между охраной окружающей среды и международной безопасностью. Правовое содержание экологической безопасности заключается в обязанности государств осуществлять свою деятельность так, чтобы исключить усиливающееся воздействие экологических стрессов на местном, национальном, региональном и глобальном уровнях.

2. Развитие международного сотрудничества в организации и проведении мер, направленных на защиту и улучшение окружающей среды на благо нынешнего и будущих поколений человечества. В рамках решения данного вопроса на общемировом уровне в 1972 г. была учреждена Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП).

Основные задачи ЮНЕП:

1) содействие международному сотрудничеству в области охраны окружающей среды и разработка соответствующих рекомендаций;

2) общее руководство политикой в области охраны окружающей среды в рамках системы ООН;

3) разработка и обсуждение периодических докладов;

4) содействие прогрессивному развитию международного права охраны окружающей среды;

5) повышение действенности норм, защищающих природную среду во время войны (нормы Санкт—Петербургской декларации 1868 г., Гаагской конвенции о законах и обычаях сухопутной войны 1907 г. и Положения к ней, Женевской конвенции 1949 г. о защите гражданского населения во время войны, Дополнительного протокола I 1977 г., Конвенции 1977 г. о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду и Конвенции 1980 г. о запрещении или ограничении применения конкретных видов обычного оружия, которые закрепляют принцип защиты окружающей среды и запрещают применять методы или средства ведения военных действий, которые имеют своей целью причинить или, как можно ожидать, причинят обширный, долговременный и серьезный ущерб природной среде. Запрещается причинение ущерба природной среде в качестве репрессалий. Также запрещается превращать окружающую среду как таковую в объект нападения); реализация на практике международной ответственности за ущерб, причиненный окружающей среде (по принципу «платит загрязнитель»).