Технологии очистки от загрязнений

Воздух

Для очистки газопылевых выбросов применяют (в зависимости от степени запылённости):

1. Для механической очистки сухим способом:

· Сухие пылеуловители: циклоны, пылеосадительные камеры. Применяется для сухого удаления крупной и тяжёлой пыли. Принцип работы основан на оседании пыли вод действием центробежных сил и сил тяжести.

· Электрофильтры (электростатические фильтры). Применяется для сухой очистки частиц мелкой пыли размером до 0,01 мкм (например, от копоти и табачного дыма). Принцип работы основан на ионизации газопылевого потока у поверхности коронирующих электродов, с последующим их осаждением на поверхность электрода.

2. Для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах мокрым способом применяют скрубберы. Способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой) при максимально развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей (обычно нежелательные или вредные) практически любых размеров. Выделяют:

· Скрубберы насадочные;

· Скрубберы центробежные;

· Пенные аппараты;

· Скрубберы Вентури.

3. Для увлажнения воздуха применяют увлажнители. Идеальная относительная влажность в жилом помещении составляет 40-60 %, а зимой системы центрального отопления и другие обогревательные приборы приводят к пересушиванию воздуха до влажности 20-25 %. Выделяют:

· Паровые увлажнители;

· Ультразвуковые увлажнители.

4. Для биологической очистки применяются ионизаторы воздуха эритемными лампами с бактерицидным эффектом.

 

Вода

Очищение воды происходит в несколько этапов:

1. Механический. Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На данном этапе происходит задержание нерастворимых примесей. Основные сооружения:

· Решётки (или УФС – устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита. Служат для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм.

· Песколовки. Служат для выделения мелких тяжёлых минеральных частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) путём осаждения. Также применяются жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации (процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом, минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой).

· Мембранные элементы. Основаны на применении искусственных мембран, т.е. жестких селективно-проницаемых перегородок, разделяющих массообменный аппарат на две рабочие зоны, в которых поддерживаются различные давления и составы разделяемой смеси.

· Первичные отстойники. Предназначены для осаждения взвесей.

2. Биологический. На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5. Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими). Сооружения для очистки:

· Аэротенки (активный ил). Представляет собой бетонный или железобетонный проточный резервуар, разделённый перегородками на ряд коридоров (ширина коридоров 8-10 м, высота 4-5 м, длина до 150 м). Коридоры оснащены аэраторами, через которые подаётся воздух для снабжения кислородом искусственно вносимого активного ила и его перемешивания со сточными водами. Жидкая смесь, протекая по аэротенкам, очищается в результате окисления содержащихся в ней органических загрязнений микроорганизмами активного ила. Продолжительность пребывания сточной жидкости в них 6-12 ч.

· Метантенки (анаэробное брожение). Распад органических веществ протекает в 2 фазы. В первой фазе из углеводов, жиров и белков образуются жирные кислоты, водород, аминокислоты и пр. Во второй – происходит разрушение кислот с образованием преимущественно метана и углекислого газа. В М. подаётся обычно смесь сырого (свежего) осадка из первичных отстойников и избыточный активный ил из вторичных отстойников после аэротенков.

· Биофильтры. Представляет собой круглый или прямоугольный в плане резервуар с двойным дном, наполненный фильтрующим материалом (котельный шлак, гранитный щебень, гравий, керамзит и др.). При прохождении сточной воды через фильтрующий материал на его поверхности образуется биологическая плёнка из скоплений бактерий, грибков, окисляющих и минерализующих органические вещества сточной воды. Окислительная мощность Б. определяется опытным путём.

3. Физико-химический. Для улучшения параметров очистки могут быть применены различные химические методы, как, например, дополнительная седиментация фосфора солями Fe и Al, хлорирование, озонирование, а также физико-химические методы, такие как электрофлотация.

4. Дезинфекция сточных вод.

· Обработка ультрафиолетом.

· Хлорирование. Проводится в течение 30 минут.

· Биофильтры.

5. Использование дополнительных способов очистки вод.

· Поля фильтрации, участки земли, приспособленные для естественной биологической очистки сточных вод путём фильтрации их через почвенные горизонты. Устраивают на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах с хорошими фильтрационными свойствами. Состоят из участков (карт) с почти горизонтальной поверхностью площадью 0,5-2 га, огражденных валами высотой 0,8-1 м. Сточные воды, очищенные от механических примесей, жира, яиц гельминтов и пр., подаются в карту слоем 20-30 см (зимой намораживают до 75 см) по открытым каналам через водовыпуски и просачиваются через почву. Вода по дренам поступает в коллектор и сбрасывается в реку. После впитывания сточной жидкости поверхность карты перепахивают и снова заполняют. Частным случаем полей фильтрации являются ветленды.

· Поля орошения. Участки земли, подготовленные для естественной биологической очистки сточных вод и выращивания с.-х. растений. Различают коммунальные – выполняют в основном санитарные функции, устройством почти не отличаются от полей фильтрации и земледельческие (сезонные – действуют летом, и круглогодовые) – устраиваются для выращивания с.-х. культур, потребляющих питательные вещества, содержащиеся в сточных водах, на землях колхозов и совхозов.

Почва

Основные методы рекультивации земель разработаны сравнительно давно и касаются вопросов почвозащитной обработки с помощью удобрений, внесения микроэлементов, снегозадержания и т.п. агротехническим мероприятиям. Внесение дополнительных веществ в почву осуществляется с учётом изначального химического состава почв. Другие методы:

1. Механический способ очистки включает в себя механический сбор нефтепродуктов с поверхности (экскавацию) и их последующую утилизацию на специальных полигонах. Недостатками этого метода являются неполная очистка загрязненного участка и высокая трудоемкость процесса.

2. Химический способ очистки представляет собой разложение нефтепродуктов с использованием химических реактивов или сжигание, для чего грунт необходимо предварительно изъять или собрать с помощью сорбентов, что также требует больших затрат.

3. Биологические способы очистки свободны от этих недостатков и представляют собой очистку грунтов с использованием специфичных бактериальных культур. Например, широко используется в настоящее время способ биологической очистки нефтезагрязненных почв, предполагающий внесение моно- и поликультур нефтеусваивающих микроорганизмов. Его целесообразно применять, с точки зрения получения наименьших ресурсозатрат, только для минеральных почв или в условиях интенсивной очистки почв на специально оборудованных технологических площадках. Существуют и другие биологические методы рекультивации загрязнённых земель. Например, активация аборигенной флоры почв и внесение органических и минеральных удобрений.

Другим интересующим нас направлением, относительно «молодым», уже показавшим свою перспективность, но еще имеющим очень большой потенциал для развития, стала очистка углеводородных (нефть и нефтепродукты) загрязнений с помощью растений. Выделяют четыре основных метода очистки загрязнений с помощью растений:

· фитостабилизация;

· фитодеградация;

· фитоиспарение;

· ризодеградация.

Фитостабилизация представляет собой накопление, или иммобилизацию растением загрязняющих веществ из почвы или грунтовых вод. При этом возможны различные механизмы процессов – абсорбция поллютантов корнями и накопление их в растении, ­адсорбция поллютантов в прикорневой зоне – ризосфере и (или) их осаждение там. К сожалению, из всех изучавшихся видов растений ни одно не показало сколь-либо значительного эффекта в отношении нефти и нефтепродуктов, хотя данный метод хорошо зарекомендовал себя для удаления из почвы и грунтовых вод тяжелых металлов.

Фитодеградация – «внутреннее» разрушение углеводородов растением – после поглощения разложение их в ходе метаболических процессов либо «внешнее», когда нефтепродукты разлагаются под действием корневых выделений. До настоящего времени было проведено всего несколько исследований за рубежом, в которых был получен положительный результат, т.е. была доказана возможность разрушения – разложения на безопасные составляющие растением нефти и нефтепродуктов. И, с одной стороны, это свидетельствует о перспективности развития данного направления очистки нефтяных загрязнений, а с другой – о необходимости проведения дальнейших исследований.

Фитоиспарение – способность растения поглощать нефть или нефтепродукты в процессе поддержания своего водного баланса, т.е. вместе с водой «выкачивать» из почвы загрязняющее вещество. Эта способность, хотя и может быть использована для очистки загрязнений, вместе с тем является полумерой, потому что в данном случае загрязняющее вещество выводится в атмосферу в процессе транспирации.

Более эффективным является очистка, когда растение совмещает способность к фитоиспарению и фитодеградации, тогда в воздух выводятся только безопасные продукты разложения нефтепродуктов.

В качестве объединяющего, промежуточного между вышеуказанными тремя свойствами является так называемый гидравлический контроль, когда растение получает доступ к грунтовым водам и потребляет вместе с влагой загрязняющее вещество. Впоследствии оно может либо разрушать, либо испарять загрязнитель.

Несколько особняком стоит способность растений к ризодеградации, еще называемой ризосферно усиленной биодеградацией или растительно усиленной биодеградацией. Принцип этого механизма состоит в том, что разложение загрязняющих углеводородов производится не непосредственном самим растением, а микроорганизмами, обитающими в непосредственной близости к его корням, т.е. в ризосфере. Роль растения заключается в значительном усилении эффективности работы микроорганизмов за счет биологически активных корневых выделений, хотя результаты отдельных исследований показали, что растения помимо стимуляции микробов могут и сами принимать непосредственное участие в разложении углеводородов.

Листья растения испаряют воду, тем самым выполняя функцию насоса, выкачивающего из почвы при помощи корней воду с растворенными в ней веществами. Углеводороды, из которых состоит нефть, абсорбируются на поверхности корней (что снижает подвижность и токсичность нефти), поглощаются корнями, поступают в надземные части растений, где разрушаются (деградируют), накапливаются или испаряются в атмосферу.

Растения находятся в тесном взаимодействии с микроорганизмами, заселяющими почву. Растительный организм в ходе фотосинтеза аккумулирует солнечную энергию в углеводах (сахарах). От 10% до 20% всей запасенной в процессе фотосинтеза энергии тратится растением на синтез и выделение веществ (сахара, спирты, органические кислоты) в прикорневую зону, что способствует развитию микроорганизмов. Поэтому непосредственно рядом с поверхностью корней в одном кубическом сантиметре содержится около 130 млрд. микроорганизмов, а на расстоянии 10см их присутствие падает до 20млрд. Важнейшим механизмом фиторемедиации почвы является биодеградация углеводородов нефти микроорганизмами, чье развитие стимулируется выделениями корней.

Технология фиторемедиации почвы, загрязненной нефтью, достаточно проста в применении, но требует высококвалифицированных специалистов. Она складывается из нескольких этапов:

1. Оценка характера загрязнения участка (химический состав разлива, степень проникновения нефти в почву, картирование).

2. Разработка оптимальной схемы фиторемедиации (подбор видового состава растений, которые оптимальным образом подходят для устранения данного типа загрязнения и соответствуют данным почвенно-климатическим условиям, определение схемы посадки, выбор необходимых агротехнических мероприятий, в т.ч. оптимизация питания и химическая защита растений).

3. Выращивание растений (проведение комплекса агротехнических мероприятий, в т.ч. подготовка семенного материала, подготовка почвы, внесение минеральных удобрений, использование средств защиты).

4. Мониторинг участка (определение концентрации и распространения химических компонентов нефти, отслеживание путей биодеградации нефти, проведение информационного анализа и прогнозирования).

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ПРАКТИКУМА

1. Афанасьев Ю. А., Фомин С. А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие. 1 ч. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 208 с.

2. Баркалов В.Ю., Таран А.А. Список видов сосудистых растений острова Сахалин // Растительный и животный мир острова Сахалин. Материалы Международного сахалинского проекта. Ч.1. Владивосток: 2004. С. 39-66.

3. Бейли Н. Статистические методы в биологии. М.: Изд-во иностранной литературы. 1962. 260 с.

4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.

5. Боровиков В.П. Statistica: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. СПБ. Питер. 2003. 688 с.

6. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Statistica. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Филинь. 1997. 608 с.

7. Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике. – Л.: Наука, 1969. – 232 с.

8. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL. М.: Форум: ИНФРА-М. 2004. 464 с.

9. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: применение в экологии. М.: Мир. 1981. 256 с.

10. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Множественная регрессия. 3-е изд. М.: Диалектика, 2007. 912 с.

11. Дулепов В.И., Лескова О.А. Экосистемный анализ. Владивосток: ВГУЭС. 2006. 248 с.

12. Игнатенко Г.К. Первичная обработка данных экологического мониторинга. Обнинск: ИАТЭ. 2006. 76с.

13. Инженерная экология: Учебник для вузов / Под ред. В.Т. Медведева. – М.: Гардарика, 2002. – 687с.

14. Кендалл М., Стюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука. 1976. 736 с.

15. Кендалл М., Стюарт А. Статистические выводы и связи. М.: Наука. 1973. 900 с.

16. Клочкова Н.Г. Водоросли-макрофиты дальневосточных морей России // Дисс. докт. биол. наук. Петр.-Камч.: ДВО РАН. Камч. Ин-т экологии и природопользования. 1997. 277 с.

17. Коренман И.М. Методы количественного химического анализа. – М.: Химия, 1989. – 128 с.

18. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высш. шк. 1990. 352 с.

19. Мазур, И.И. Курс инженерной экологии: Учебник для вузов. – М.: Высш.шк., 1999. – 447 с.

20. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. – М.: Химия, 1996. – 319 с.

21. Макарова Н.В., Трофимец В.Я. Статистика в Excel. М.: Финансы и статистика. 2002. 368 с.

22. Макиенко В.Ф. Водоросли-макрофиты залива Восток (Японское море) / В.Ф. Макиенко // Биология моря. 1975. №2. С. 45-57.

23. Методы и приборы экологического мониторинга / Б. И. Герасимов, И. В. Коробейников и др. – Тамбов: Изд-во ТГТУ, 1996. – 111 с.

24. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3-е изд., доп. и перераб. – СПб.: «Крисмас+», 2004. – 248 с. Электронный ресурс: http://www.anchem.ru/literature/books/muraviev/

25. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. – М.: Мир, 1992. – 184 с.

26. Панин М.С. Химическая экология: Учебник для вузов. – Семипалатинск: 2002. – 852 с.

27. Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях. – М.: Наука, 1982. – 287 с.

28. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. М.: Академия, 2004. – 406 с.

29. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск. Вышейш. шк. 1973. 320 с.

30. Розенберг Г.С., Шитиков В.К., Брусиловский П.М. Экологическое прогнозирование. Функциональные предикторы временных рядов. – Тольятти. 1994. 182 с.

31. Селедец В.П. Растительность памятников природы в береговой зоне Японского моря (Приморский край). Тихоокеанский институт географии. Владивосток: Дальнаука. 2005. 230с.

32. Сёмкин Б. И., Куликова Л.С. Методика математического анализа списка видов насекомых в естественных и культурных биоценозах. – Владивосток: ТИГ ДВНЦ АН СССР, 1981. – 73 с.

33. Халафян А.А. Статистический анализ данных. М.: Бином-Пресс. 2008. 512 с.

34. Чибисова Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия: Учебное пособие. – Калининград: Изд-во КГУ, 1998. – 113 с. Электронный ресурс: http://www.xumuk.ru/ecochem/

35. Шеффе Г. Дисперсионный анализ. М.: Наука. 1980. 512 с.

36. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. – Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. – 463 с. Электронный ресурс: http://www.ievbran.ru/kiril/