Галактионова Н.А. Промышленная экология - файл n1.doc

приобрести
Галактионова Н.А. Промышленная экология
скачать (1064 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1064kb.24.08.2012 05:13скачать

n1.doc

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13

СВ


Биогаз

Биогаз

Отстойник

Удаляемый ил

Рециркуляция уплотненного ила


Рис. 2.4. Типичная схема сбраживателя с мешалкой.


  1. Органические вещества, входящие в стоки, должны быть способны к биохимическому окислению.

  2. Их концентрация, выраженная через БПК, не должна превышать 500 мг/дм3 при очистке на биофильтрах и 1000 мг/ дм3 – при очистке в аэротенках-смесителях.

  3. Концентрации ядовитых органических и неорганических (соли меди, свинца, хрома, ртути) веществ не должна превышать пределов, исключающих жизнедеятельность бактерий.

  4. Количество механических примесей не должно превышать 150 мг/ дм3.

  5. Водородный потенциал среды должен быть 6,5-8,5.

  6. Сточные воды должны содержать биогенные элементы (азот, фосфор и калий).

  7. Общее количество растворенных солей должно быть не больше 10 г/ дм3.

  8. Стоки не должны содержать плавающих масел и смол.

  9. Температура сточных вод – от 6-35 до 50-60 0С.

На основе биохимических методов достигается достаточно глубокая степень очистки, а сами методы являются наиболее экономичным. Вместе с тем, как указывалось выше, биохимические методы имеют и определенные недостатки. Прежде всего, биологические очистные сооружения занимают очень большие территории. Типовая станция биологической очистки производительностью 10 тыс. м3/сут, например, занимает 75000 м2 [3]. Кроме того, большой прирост биомассы создает дополнительные проблемы, связанные с утилизацией осадка. Процесс очистки малоуправляем, а сами биологические очистные сооружения не могут работать с перегрузкой. Попадание высокотоксичных соединений резко уменьшает эффективность очистки и может привести к гибели микрофлоры, что равносильно прекращению процесса. В связи с этим промышленные сточные воды перед сливом в общегородскую канализацию подвергаются локальной очистке с помощью различных физико-химических методов. Такая очистка не только стабилизирует работу аэротенков, но и значительно уменьшает их объем [12].

КОМПОСТИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ



Начало этих технологий было положено способами переработки избыточного активного ила, образующегося при аэробной очистке сточных вод на станциях биологической очистки. Методы метанового брожения с получением биогаза и удобрений, а также методы биокомпостиорования в аэробных условиях, используемых для переработки активного ила, были затем использованы для переработки навоза, окультуривания свалок и превращения их в установки по биопереработки отходов. Разрабатываются также методы биологической переработки полимерных материалов, таких как сельскохозяйственные пленки [8], биодеградации нефтесодержащих осадков [7], биорегенерации резины отработанных шин c с получением каучука-регенерата [17]. Перечень перерабатываемых с помощью биотехнологий отходов растет, так как почти для каждого вещества можно подобрать микроб, для которого это вещество является субстратом. Исследование химического состава твердых отходов показывает, что фракция, подвергающаяся биодеградации, увеличиваясь с течением времени, к настоящему моменту достигла приблизительно 70-80% [2] от общего количества твердых отходов.

Многие современные экологические проблемы возникают из-за локального накопления органических отходов , количество которых слишком велико для естественного потенциала биодеградации. По возможности эти отходы утилизируют, но основную массу пытаются удалить наиболее дешевым способом, поскольку эти отходы считаются низкоактивными. В Великобритании, например [11], их вывозят на свалку, сжигают и закапывают в землю. Помимо этого все чаще используется компостирование, которое с одной стороны, позволяет получить ценный продукт, а с другой – является процессом очистки, делающим низкоактивные отходы менее «неприятными» для окружающей среды.

Компостирование – это экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности [11]. В процессе биодеградации органический субстрат претерпевает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта, представляющего определенную ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы. Очень важно, что гумифицированные продукты быстро приходят в равновесие с экосистемой, в которую их внесли, и не вызывают серьезных нарушений в ней, как это бывает при внесении не переработанных отходов.

Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до гомогенных субстратов, таких как навоз, отходы растеневодства, сырой активный ил и нечистоты. В процессе компостирования органические вещества переходят в более стабильную форму (компост), выделяются углекислый газ и вода, возрастает температура.

Состав компоста варьируется в широких пределах и в основном отражает состав использованного органического сырья. Ниже перечислены компоненты готового компоста и указаны пределы их содержания (в % по сухой массе) [11]:
Органические вещества 25,0 – 80,0

Углерод 8,0 – 50,0

Азот 0,4 – 3,5

Фосфор 0,1 – 1,6

Калий 0,4 – 1,6

Кальций (в виде СаО) 0,7 – 1,5

Компост, сырьем для которого послужили городские отходы, содержит меньше органических веществ и основных питательных веществ для растений, чем компост, полученный из сельскохозяйственных отходов. Компост из городских отходов содержит также существенные количества микроэлементов. Ряд полевых испытаний показал, что эти металлы накапливаются в растениях, выросших на почве, удобренной таким компостом. Уровень тяжелых металлов в компосте следует контролировать, чтобы предупредить накопление токсичных веществ в почве.

Разложение органических отходов в процессе компостирования представляет собой динамический и сложный экологический процесс, в котором постоянно происходит изменение температуры и состава питательных веществ. В течении процесса заметно меняется численность и видовой состав микроорганизмов. Скорость получения конечного продукта зависит от нескольких взаимосвязанных параметров. К ним относятся источники питания, дисперсность частиц, влажность, прочность структуры, аэрация, перемешивание, и размер кучи (если используются компостные ряды).

Особое значение имеет кислород, потребность в котором может быть определена, если известны химический состав органического субстрата и степень его биодеградации в процессе компостирования. Например, окисление белкового материала может быть представлено следующим уравнением [11]:

С16Н24О5N4 + 16,5O2  16CO2 + 6H20 + 4NH3 + Q. (2.1)

Исходя из уравнения (2.1), 1,5 г кислорода необходимо для окисления 1 г окисляемого материала. Эта теоретическая потребность в кислороде будет колебаться от 1 г кислорода на грамм органического вещества высокоокисленных отходов, таких как целлюлоза, и до 4 г кислорода на г субстрата для насыщенных углеводородов. На практике компостируемая масса представляет собой смесь различных субстратов с разной теоретической потребностью в кислороде и разной способностью к биодеградации, так что, как правило, может быть окислено только 40 % органического вещества.

Оптимальные значения важнейших параметров процесса компостирования приведены ниже:
Отношение C/N в субстрате От 25/1 до 30/1

Размер частиц 12,5 мм для систем с перемешиваним и принудительной аэрацией,

50 мм для компостных рядов при естественной аэрации.

Влажность 50 – 60 %

Свободный объем Около 30 %

Аэрация 0,6 – 1,8 м3 воздуха на 1 кг летучей чисти твердых веществ или

поддержания концентрации О2 в пределах 10 – 18 %

Температура 55оС

Перемешивание Без перемешивания, при периодическом в простых системах. Ко-

роткие периоды энергичного перемешивания в механ. системах.

Размеры куч Любая длина, высота 1,5 м, ширина 2,5 м при естественной

Аэрации.
Для компостирования отходов полеводства, овощеводства и садоводства до сих пор применяются достаточно простые схемы – кучи и компостные ряды. Напротив, для переработки городских отбросов за последние 50 лет было предложено более 30 различных схем, способных перерабатывать более 500 т твердых отходов в день. Оборудование для подготовки сырья и обработки готового компоста одинаково для большинства из этих установок. Но стадия биодеградации имеет различное аппаратурное оформление и может проводиться в колодцах, отсеках, силосах, сбраживателях и барабанах.

Можно отметить следующие преимущества процесса компостирования:

  1. Внесение компоста улучшает структуру почвы, и в определенной степени удобряет ее, так как при разрущшении компоста выделяется азот, фосфор, калий, микролэлементы.

  2. При внесении компоста не нарушается равновесие экосистем.

  3. Смешение при компостировании низкоактивных отходов типа соломы с отходами жизнедеятельности животных и человека позволяет решать проблему гигеенического удаления последних.

  4. При компостировании погибают патогенные микроорганизмы, сорняки и их семена.


ПЕРЕРАБОТКА ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ НА СВАЛКАХ

Независимо от метода переработки отходов твердые остатки традиционно ликвидируются с помощью свалок. В настоящее время свалки расположены во множестве мест, и, несмотря на возрастающий объем отходов на душу населения, это положение сохраняется. На территории Москвы, например, находится до 90 свалок мусора, общей площадью 285,7 га. Из ежегодно образующихся в Москве 2,5 млн. т. ТБО, примерно 90% утилизируется на специальных полигонах Тимохово и Хметьево. Основная сложность связана с увеличением расстояния от свалки до источников отходов, что приводит к увеличению неуправляемого попадания отходов в окружающую среду из-за их просыпания при транспортировке. По данным за 1984 г. [11] так было просыпано10,3; 17,5 и 35% от общего количества ликвидированных отходов во Франции, Греции и Ирландии соответственно.

По мере исчерпания невозобновляемых ресурсов больший упор делается на исследования в области повторного использования отходов. Однако ясно, что даже при современных технологиях простая ликвидация отходов на свалках как минимум на 65% дешевле любого другого способа их переработки, и в силу этого данный способ ликвидации отходов в настоящее время наиболее распространен. Более того, как стало ясно, что из отходов образуется в больших количествах ценный источник энергии – метан, основные усилия были направлены на извлечение этого газа и на соответсвующее изменение свалок.

Для свалок характерно образование продуктов двух типов из разлагающихся твердых отходов: фильтрующиеся в почву воды и газы. Когда просачивание воды сквозь твердые отходы из-за осаждения и попадания грунтовых, поверхностных или образуемых микроорганизмами вод превосходит абсорбционную способность отходов, образуются фильтрующиеся в почву воды. Эти воды содержат растворимые соединения, органические и неорганические, вместе с микроорганизмами, такими как вирусы и бактерии. До сих пор не существует способа предсказания состава и концентрации фильтрующихся вод. Лучший способ борьбы с фильтрацией вод в почву – применение малопроницаемой засыпки (противофильтрационного экрана), системы дренажа для сбора фильтрата и др., т.е. оборудование свалок по специальной технологии. На Западе специально оборудованные свалки называют санитарными [2].

Санитарное захоронение отходов

Санитарное захоронение (контролируемое) отходов является альтернативой современной практикb сброса ТПБО на открытые свалки. Концепция метода нацелена на создание полигонов как зкономически нейтральних производственных обьектов. Она включает следующие основные принципы: максимальнеє использование рабочего обьема полигона; контроль состава отходов, поступающих на захоронение; учет реальной массы, поступающей на захоронение; минимизация негативного влияния ингредиентов отхода на биосферу и др.

Санитарному захоронению подлежат отходы, обезвреживание которых нецелесообразно по зкономическим сорбражениям или технически затруднено (часто невозможно). Причем наземное складирование вновь образуемых твердых отходов недопустимо. Существующие отвалы, например, фосфогипса, являются потенциальным сырьем для стекольной промышленности.

Полигон для захоронения отходов должен быть обустроен природоохранными техническими средствами, обеспечивающими перехват водных и газовых эмиссий, формируемых структурой отходов (рис. 2.3.). К этим средствам относятся: противофильтрационный зкран в основании полигона, система дренажа для сбора фильтрата в основании полигона, система дренажа для отвода поверхностного стока с прилегающих территорий, система откачки и очистки свалочного фильтрата, газодренажная система, система откачки и обезвреживания (утилизации) газовых змиссий, непроницаемый поверхностный рекультивационный зкран.


Дренажи

Противофильтрационный

экран




Принцип максимального использования рабочего пространства предполагает реальное доведение плотности ТПБО не ниже 0,8 т/м3 и реализацию высотной схемы складирования. Средние затраты захоронения отходов в 1978 г составляли 110-340 $/т, химическая фиксация в твердеє состояние увеличивает затрати примерно на 200 $/т, фиксация отходов капсулированием – на 100 $[3].
ЛИТЕРАТУРА

  1. Иваненко Л.В., Быкова П.Г. Экологические проблемы города и утилизации отходов. – Самара: Кн. Изд-во, 1993, 126 с.

  2. Экология, охрана природы, экологическая безопасность. Учебное пособие для системы профессиональной переподготовки и повышения квалификации госслужащих, руководителей и специалистов промышленных предприятий и организаций /Под ред. А.Т. Никитина, С.А. Степанова. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. – 648 с.

  3. Калыгин В.Г. Промышленная экология. Курс лекций. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. – 240 с.

  4. Ковалева Н.Г., Ковалев В.Г. Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности. – М.: Химия, 1987. – 160 с.

  5. Квасников Е.И. и др. Биологическая очистка хромсодержащих сточных вод. – Киев: Наукова думка, 1990. – 194 с.

  6. Акентьева Н.П., Додонов М.В. Биодеградация хлорированных угрлеводородов метанокисляющими бактериями //Прикладная биохимия и микробиология. – 1998. – 34, №2, с.153-156.

  7. Минигазимов Н.С. и др. Утилизация и обезвреживание нефтесодержащих отходов. – Уфа: Экология, 1999. – 299 с.

  8. Бирюков В.В. Роль биохимических технологий в задачах экологии // Материалы конференции «Химические основы экологической безопасности». – М.: Изд-во МНЭПУ, 2000. С.45-51.

  9. ГусевМ.В., Минеева Л.А. Микробиология: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1979. – 376 с.

  10. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 567 с.

  11. Экологическая биотехнология /Ред. К.Ф. Форстера. – Л.: Химия, 1990. – 384 с.

  12. Каравайко Г.И., Кузнецов С.И., Голомзик А.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд и концентратов. – М.: Наука, 1972. – 248 с.

  13. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Экобиотический потенциал консорциумов микроорганизмов. – М.: ВНИИПИ, 1990. – 177 с.

  14. Кузнецов С.И., Иванов М.В., Ляликова Н.Н. Введение в геологическую микробиологию. – М.: Изд-во АН СССР. – 239 с.

  15. Полькин С.И., Адамов Э.В., Панин В.В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. – М.: Недра, 1982. – 288 с.

  16. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Биотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов в народном хозяйстве. – М.: ВНИИПИ, 1990. – 200 с.




1 Окружающая среда (ОС) – совокупность всех материальных тел, сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека. ОС – совокупность абиотической, биотической и социальной среды, совместно оказывающих влияние на человека и его деятельность [6].

Природная среда – совокупность объектов и условий природы, в которых протекает деятельность какого-либо субъекта [6].


2 В современном мире численность населения Земли быстро возрастает. В 1700 г. она составляла 600 мл. человек, а в 1850 г. увеличилась до 1,2 млрд., к 1950 г. – до 2,5 млрд., а к середине 1987 г. – до 5 млрд. человек. Таким образом для первого удвоения числа землян с начала ХVIII в. потребовалось 150 лет, для второго – 100, а для третьего – менее 37 лет.

3 Зв – зиверт (эквивалентная доза – поглащенная доза, умноженная на коэффициент, отражающий способность данного вида излучения повреждать ткани организма). 1 Зв = 100 бэр (бэр – внесистемная единица).

4 Ки – кюри – внесистемная единица активности радионуклида (системная единица – беккерель; 1 Бк = 1 распаду в секунду = 2,7 • 10–11 Ки)

5 Из программы телевидения «Опасный мир» 9 октября 2000 г, 6 канал)

6 Карст – явления, возникающие в растворимых водными растворами осадочных горных породах (известняки, гипс) и выражающиеся в образовании углублений в виде воронок, котловин, провалов, пещер и т.п. Термокарст – образование просадочных, провальных форм рельефа, бугров и подземных пустот в результате вытаивания мерзлого грунта. Суффозия – выщелачивание и вынос мелких минеральных частиц потоками грунтовых вод, фильтрующихся в толще горных пород [10].

7 Антони ван Левенгук (1676 г.) – впервые увидел бактерии с помощью созданных им линз – «микроскопий».Он считал их «маленькими живыми зверушками». В течении 50 лет к этому открытию относились с подозрением. И только во второй половине XIX века немецкий биолог Геккель приходит к заключению, что микроорганизмы это не животные и не растения. Он предложил все организмы, у которых отсутствует дифференцировка на органы, выделить в класс – протист.

8 Лет 20- 30 тому назад БВК широко использовался для откорма скота. Под девизом «Зачем выращивать корма – давайте получать их из нефти», открывались все новые и новые заводы по производству БВК. Однако, скоро стало ясно, что получаемый белково-витаминный концентрат не безвреден для людей и животных, к тому же цены на нефть резко возросли и нефть стало выгодно продавать за границу. Часть заводов были закрыты.


9 Здесь и далее речь идет об аппаратурно оформленных процессах химической, нефтехимической и биохимической технологий.

10 Кинетика – учение о процессе, его механизме и закономерностях протекания во времени [5].

11 Имеется в виду жидкостная экстракция.

12 Газовую сушку часто называют воздушной потому, что в большинстве случаев в качестве высушивающего газа используется воздух.

1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


Биогаз Биогаз
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации