Химия и экология

3.4 Инновационные технологии рекультивации почв

Биологическая рекультивация вне участка. Помимо промывки почвы в последнее время в развитых странах появилось большое число новых технологий, позволяющих очистить почву как от всех загрязнений, так и от специфических загрязняющих веществ. При этом рекультивации почвы проводится непосредственно на участке, для того чтобы избежать затрат на экскавацию и транспортировку больших объемов грунта.

При биологической рекультивации вне участка верхний слой почвы снимается и вывозится на специальный полигон, где вся эта масса земли обрабатывается. При этом для разложения органических загрязняющих веществ в почве, отстое и твердом грунте используются микроорганизмы. Микроорганизмы разлагают загрязняющие вещества, используя их как источник пищи. Конечным продутом обычно являются СО2 и Н2О. При биологической рекультивации твердые вещества сначала перемешиваются в воде до формирования жидкой пульпы, и биологическое восстановление осуществляется на жидкой фазе; затем производится второй этап обработки -- твердофазная биорекультивация, при которой почва загружается в камеру или закрытое помещение и разрыхляется с добавкой воды и питательных веществ.

Если пораженные участки земли очень большие, такой процесс будет очень трудоемок, долог и достаточно дорог. Представьте себе перемещение больших объемов земли, погрузку в самосвалы и перевозку, иногда на значительные расстояния, на место, которое, как правило, занимает довольно большую территорию. После рекультивации этот процесс необходимо повторить в обратном порядке. Однако качество рекультивации в этом случае будет значительно выше.

Биологическая рекультивация на участке. При рекультивации непосредственно на участке можно избежать громадных затрат, связанных с вывозом почвы, большим расходом горючего и людских ресурсов. Однако продолжительность этого процесса будет несколько больше. Что же это за процесс? Кислород, а иногда питательные вещества, закачиваются под давлением через скважины в почву или распределяются по поверхности для инфильтрации в загрязненный материал. Процесс разложения загрязняющих веществ микроорганизмами происходит прямо на участке, а при помощи биовенттиляции конечные продукты удаляются.

Восстановление маслосодержащих отходов. Очень часто во время или после хранения горючесмазочных материалов в почву попадают и остаются там маслосодержащие вещества. Такой участок даже после ликвидации производства или хранилища долгое время будет абсолютно безжизненным, лишенным как растений, так и животных. Чтобы вернуть его к жизни, необходимо удалить маслосо-держащие отходы. Обычно эту задачу решают простым снятием грунта и вывозом его на свалку. То есть отодвигают решение проблемы очистки почвы на какой-то, часто продолжительный срок, пока не возникнет проблема восстановления земли, занятой свалкой. Новый процесс восстановления решает проблему сразу. Маслосодержащие отходы при помощи пара или горячей воды смываются и перемещаются в более проницаемые для жидкостей участки, а затем выкачиваются из почвы. При желании загрязненные масла можно очистить и использовать в качестве топлива.

Цианидное окисление. При цианидном окислении участки, пораженные органическими цианидами, обрабатываются соответствующими химическими веществами. При этом происходят химические реакции, и органические цианиды окисляются до менее опасных соединений. Далее, если необходимо, участок обрабатывается другими методами.

Дехлорирование. При дехлорировании происходит удаление или перемещение опасных соединений, содержащих атомы хлора.

Промывка на участке. При использовании процесса промывки в почву, отходы или грунтовые воды вводятся большие объемы воды (иногда с химическими соединениями для обработки). Опасные загрязнения вымываются с участка. Однако выводимая вода должна быть эффективно изолирована в пределах водоносного пласта и обязательно восстановлена.

Остекловывание на участке. Большую опасность для жизни растений, животных и людей представляют оставшиеся в почве тяжелые металлы. Процесс остекловывания решает проблему удаления тяжелых металлов и даже их утилизации весьма оригинальным способом. При остекло-вывании на участке загрязненная почва нагревается до температуры около 1600°С. При этом тяжелые металлы инкапсулируются в стекловидные структуры соединений силиката и становятся практически безвредными, так как, во-первых, они находятся в соединениях, а, во-вторых, заключаются в стекловидную оболочку. Органические вещества при этом сжигаются.

Восстановление металлов высокотемпературной плазмой. Это -- термический процесс, который извлекает загрязнения из твердых веществ и почвы в виде металлических и органических газов. Органические газы можно сжигать как топливо, а металлические могут быть восстановлены и рециклированы. Этот и предыдущий процессы, разумеется, очень дороги, и вопрос об их применении каждый раз должен решаться в конкретных обстоятельствах, связанных либо с ценой на восстанавливаемый участок, либо со стоимостью извлекаемых и рециклируемых металлов.

Фитообработка. Значительно более дешев и легок в применении процесс культивации специальных растений, способных забирать корнями или листвой специфические загрязнения и снижать их концентрацию в почве. Сами растения необходимо периодически скашивать и убирать с участка.

Почвенная паровая экстракция. Летучие органические составляющие удаляются из почвы на участке почвенной паровой экстракции с помощью паровых экстракционных скважин. Иногда процесс осуществляется в комбинации со скважинами для инжекции в почву воздуха, с целью отгонки и смьюа загрязнений воздушным потоком. После чего производится дальнейшая обработка.

Экстракция растворителями. Иногда для рекультивации почвы, загрязненной однородными по составу веществами, бывает достаточно правильно подобрать растворитель. При этом органические загрязнения растворяются избирательно и затем удаляются из отходов. Растворители меняют в зависимости от обрабатываемых отходов.

Термическая десорбция. Отходы нагревают в контролируемой обстановке до рабочей температуры, обычно менее 550°С. При таком нагреве органические соединения улетучиваются из почвы. Летучие загрязнения необходимо собирать и подвергать дальнейшей обработке.

4.Радиационное загрязнение

В 1896 г. Антуан Беккерель обнаружил, что фотопластинка, лежащая рядом с кусочком соединения урана, оказалась засвеченной. Так была открыта радиоактивность. Со временем заметили, что люди, экспериментировавшие с радиоактивными элементами, рано умирают от рака, лейкемии и других болезней. Радиация разрушает живые клетки, вызывает необратимые изменения в организмах, порождая мутации-- генетические уродства.

Тем не менее сегодня невозможно представить какую-либо отрасль человеческой деятельности без применения радиоактивных материалов. В промышленности -- атомная энергетика, в медицине -- лечение и диагностирование, в геологии и биологии -- радиоуглеродный анализ. Возникает проблема ликвидации радиоактивных отходов.

Некоторые же предприятия не заботятся даже об элементарной изоляции смертоносных отходов. Например, слаборадиоактивные отходы перерабатывающего завода в Селлафилде (Великобритания) сливаются через трубу прямо в Ирландское море, которое за короткий срок поставило печальный рекорд по степени радиоактивного загрязнения среди водных бассейнов мира. Высокий процент больных раком среди жителей побережья, по мнению специалистов, обусловлен плутонием, который осаждается в окрестностях на поверхность земли. Власти Ирландии требуют закрытия завода, но он дает астрономические доходы.

4.1 Природный и техногенный радиационный фон

На территории Свердловской области радиационный фон обусловлен геологическими особенностями региона и определяется содержанием естественных радионуклидов (238U, 232Th и 40К) в почвах и горных породах. На территории области сосредоточено более 1000 локальных скоплений урановой, ториевой и уран-ториевой минерализации, 350 водоисточников с повышенной концентрацией естественных радионуклидов.

Большая часть территории области расположена в пределах радоноопасных зон, мощность экспозиционной дозы (МЭД) составляет 6--12 мкР/ч. Для Мурзинско-Камышевской зоны при среднем фоне 12 мкР/ч в пределах Адуевского гранитного массива МЭД достигает значений 18-- 20 мкР/ч. Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения составляет: в Екатеринбурге -- 8--20 мкР/ч, Нижнем Тагиле -- 6--9 мкР/ч, Каменск-Уральском -- 6--20 мкР/ ч, Первоуральске -- 5--7мкР/ч, Ревде -- 3--5 мкР/ч.

Спецификой формирования доз облучения населения Свердловской области от естественных источников радиации является высокий вклад 232Rn (торона). Средняя годовая эффективная доза облучения от торона (1 мЭв) более чем на порядок превышает среднемировую (0,07 мЭв/год).

Определенную потенциальную радиоэкологическую опасность представляют многочисленные техногенные образования урановой и ториевой природы Свердловской области. Попадая в технологические циклы, они десятилетиями концентрировались. Их переработка может привести к росту дозовых нагрузок населения и выпуску продукции с повышенным содержанием радионуклидов.

Кроме того, существенным источником формирования дозы облучения населения являются медицинские рентгеновские диагностические процедуры и дозовые нагрузки производственного персонала.

В целом доза облучения населения Свердловской области от природного и техногенного радиационного фона составляет 70% суммарной дозы от всех источников ионизирующего облучения (8500 чел.-Зв -- коллективная доза, 1,8 мЗв -- средняя годовая эффективная доза на одного жителя).

РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ. Помимо естественной геологической среды, радиоэкологическую обстановку на территории Свердловской области формируют также последствия аварий 1957 г. на производственном объединении «Маяк» и 1967 г., когда произошел ветровой перенос радионуклидов с обнажившихся вследствие засухи берегов оз. Карачай в Челябинской области. Сброс радиоактивных веществ в р. Теча предприятиями поселков Озерный, Костоусово и Двуреченска (переработка минерального сырья с высоким содежанием ЕРН), Красноуфимского филиала комбината «Победа», Белояр-ской АЭС, предприятий г. Лесного и Новоуральска продолжался с 1949--1964 гг. Имели также место аэрозольные выбросы Белоярской АЭС и техногенное загрязнение продуктами переработки отходов ядерной индустрии. Кроме того, в области более 1500 объектов используют источники ионизирующего излучения в своей технологии, включая медицинскую. Немаловажный фактор и глобальные атмосферные выпадения, имевшие место на всей территории России.

Радиационная обстановка на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа определяется остаточным радиоактивным загрязнением по. 90Sr. Плотность загрязнения по 90Sr в 1995 г. составляла 0,2--1,6 Ки/км2. Пятна с аномально высокими плотностями загрязнения обнаружены севернее оз. Тыгиш (5,1--5,2 Ки/км2) и на территории г. Каменск-Уральский (6,9 Ки/км ). Мощность экспозиционной дозы на территории Каменского и Богдановического районов составляет 7,5--8,5 мкР/ч. Среднегодовая бета-активность атмосферных выпадений составила 1,1 Бк/м2сут, то есть на уровне средней по региону, а максимальное значение 11,2 Бк/м2сут отмечено в г. Тавде. Средняя за год плотность выпадений по 137Cs --1,5 Бк/м2мес, по 90Sr --1,1 Бк/м2мес. Дополнительная индивидуальная годовая эффективная доза облучения жителей на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа за счет остаточного радиоактивного загрязнения местности и повышенного содержания 90Sr в продуктах питания не превышала 0,1 мЗв, однако это в 2 раза выше, чем в среднем для области.

Район Белоярской атомной станции (БАЭС) не имеет существенных отличий в радиоактивном загрязнении от Уральского региона. Доля радиационного воздействия БАЭС на все население Свердловской области не превышает 0,03% (3,3 чел.-Зв против 12120 чел.-Зв). Аналогичная ситуация в гг. Новоуральске и Лесном.

Таким образом, основной вклад в дозовую нагрузку населения области вносят:

естественные радионуклиды в почвах, стройматериалах, радон в воздухе жилых помещений, в воде -- около 70% суммарной дозы (8500 чел.-Зв -- коллективная доза);

облучение от медицинских и рентгеновских процедур -- около 30% (3200 чел-Зв).

С учетом всех дозообразующих факторов коллективная доза облучения населения области в 1995 г. составила 12120 чел.-Зв, что может в прогнозе жизни двух поколений дать 140 дополнительных смертей от онкологических заболеваний и 56 случаев генетических эффектов. Средняя годовая эффективная доза облучения на одного жителя области составляет 2,8--3,2 мЗв.

Усредненные данные не гарантируют радиационного благополучия отдельных территорий. Кроме того, имеются и факторы потенциальной опасности радиационного загрязнения, выражающиеся в высокой концентрации предприятий ядерного топливного цикла, наличии промышленных энергетических и исследовательских реакторов, их эксплуатации, имевших место аварийных и чрезвычайных ситуаций, проведении ядерных взрывов в военных и хозяйственных целях. В связи с этим в области наблюдается:

накопление радиоактивных отходов (РАО), делящихся материалов (ДМ) и связанная с ними возможность крупномасштабного загрязнения окружающей природной среды;

временное хранение и захоронение РАО;

потенциальная опасность ядерного топливного цикла (БАЭС и СФНИКИЭТ (г. Заречный), Уральский электрохимический комбинат (г. Новоуральск), комбинат «Электрохимприбор» (Лесной), ряд предприятий Челябинской области);

перевозка по территории области радиоактивных веществ (РВ), РАО и отработанного ядерного топлива (ОЯТ);

потенциальная опасность демонтажа ядерных боеголовок;

загрязнение поверхностных и подземных вод и почв;

радиоактивное загрязнение территорий крупных городов области.

РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. После нескольких лет работы реактора значительная часть 235U распадается на другие радиоактивные элементы, и топливо нуждается в замене. В момент удаления из реактора топливо в высшей степени радиоактивно. При хранении под водой в течение некоторого времени многие радиоактивные элементы с коротким периодом жизни превращаются в стабильные, и твэлы (тепловыделяющие элементы) становятся значительно менее радиоактивными. Процесс выдержки отработанных твэлов для снижения их радиоактивности называется охлаждением. После охлаждения отработанное топливо (твэлы) химически перерабатывается для разделения оставшегося 235U, накопленного 239Pu и радиоактивных отходов. Отходы представляют собой высоко радиоактивную жидкость, которая хранится в стальных резервуарах с двойными стенками из нержавеющей стали.

Резервуары окружают метровым слоем бетона. Безопасное хранение этих отходов должно быть обеспечено в течение многих тысяч лет. Как считают специалисты, минимум 20 лет отходы необходимо охлаждать. За это время большая часть радиоактивных элементов подвергнется распаду.

Радиоактивные отходы низкого уровня. Это -- использованные защитная одежда, обувь, упаковки от более радиоактивных веществ и т.д.

Как правило, они хоронятся в хранилищах для радиоактивных отходов. Рабочим, когда они имеют дело с радиоактивными отходами низкого уровня, необходимо пользоваться защитными комбинезонами, резиновыми перчатками и -- здравым смыслом.

Отходы среднего уровня. Они в 1000 раз более радиоактивны, чем отходы низкого уровня. Поступают большей частью от ядерных реакторов и представляют собой металлические емкости, которые содержали ядерное топливо, части металлических конструкций, используемых в реакторах. В настоящее время отходы среднего уровня образуются во многих регионах страны, и там же производится их захоронение. Целесообразно было бы построить для этих отходов хранилища, где они будут захоронены навсегда. Эти хранилища скорее всего будут под землей, возможно, под морским дном. Отходы перед захоронением будут запечатаны в металлические контейнеры.

Отходы высокого уровня. Это очень концентрированные отходы, поступающие от переработки топливных стержней ядерных реакторов. При радиоактивном распаде они выделяют тепло и должны хранится в условиях, обеспечивающих постоянный отвод тепла, по крайней мере 50 лет. После этого, по мнению специалистов, их необходимо будет превратить в стеклянные блоки, запечатать в металлические контейнеры и захоронить, вероятно, в подземных пустотах. По сравнению с историей человечества, они будут радиоактивными всегда. Производя отходы высокого уровня, мы в качестве побочного продукта создаем еще большое количество отходов среднего уровня.

Сейчас рассматриваются разные способы избавления от отходов:

превращение жидкостей в инертные твердые вещества (керамику) для захоронения в глубоких геологических горизонтах;

хранение слабо- и среднеактивных отходов в старых рудниках, соляных копях;

высокоактивные отходы должны содержаться в твердом виде -- в остеклованных блоках или в небольших количествах в бетонных и битумных блоках.

Какие горные породы лучше всего подходят для захоронения ядерных отходов? Ядерные отходы должны быть ограждены от просачивания в окружающую среду. Они должны хранится безопасно на протяжении тысячелетий. Для этого должны быть спроектированы и построены контейнеры, устойчивые к просачиванию отходов.

Что может быть причиной нарушения их герметичности? Главная проблема -- вода, которая может быть причиной коррозии почти всех металлов. Некоторые горные породы довольно легко пропускают воду. В этом случае металл начинает корродировать, контейнеры теряют герметичность и пропускают радиоактивные вещества. Если вода поднимается на поверхность, опасность увеличивается.

Движение воды через горные породы зависит от двух факторов: пористости породы и гидравлического градиента.

Пористость -- это мера расстояния между микроскопическими зернами, из которых состоит порода. Породы с большими расстояниями между зернами (высокая пористость) склонны довольно легко пропускать воду. Также легко пропускают водные потоки и породы с множеством трещин и сдвигов.

Гидравлический градиент -- это разность по высоте между местом поступления воды и местом, куда она поступает. Вода всегда течет вниз по склонам, и чем круче склон, тем быстрее она течет. Хранилище отходов должно быть размещено так, что, если произойдет разгерметизация, вода могла бы унести отходы в нижние слои горных пород дальше от поверхности.

4.2 Хранение радиоактивных отходов (РАО) в области

Региональный пункт захоронения (ЦПЗРО) спецкомбината «РАДОН» в 1995 г. имел регулярное федеральное финансирование и работал без особых осложнений. Производилось захоронение твердых РАО на 80% из Свердловской области (до 6000 Ки). Суммарная активность захороненных РАО -- 139000 Ки. Радиационная обстановка вокруг ЦПЗРО контролировалась службой пункта и ОблЦСЭН Гамма-каротаж 16 контрольных скважин, активность проб стоков после стирки спецодежды, проб снега и растительности не превышал фоновых значений. Гамма-фон по периметру «грязной» зоны находился в пределах 8--13 мкР/час. Радиационная обстановка в районе ЦПЗРО, который входит в 100-километровую зону БАЭС, находится на уровне всей зоны.

Пункт захоронения РАО Ключевского завода ферросплавов (п. Двуреченск) проводит захоронение отходов в виде торий- и ураносодержащих шлаков в 3 км от поселка. В 1995 г. завершена засыпка первой траншеи с РАО. Влияние на окружающую среду заметно только за счет внешнего гамма-излучения на расстоянии до 60 м от периметра. Вокруг пункта захоронения оформлена санитарно-защитная зона. Суммарная активность захороненных РАО -- 1,1 Ки, гамма-фон -- 13 мкР/ч.

Склады монацитового концентрата в Красноуфимском районе (бывший филиал комбината «Победа») содержат на хранении более 80 тыс. т. монацитового песка со средним содержанием ThO2 порядка 5%. Влияние объекта на окружающую среду идет за счет внешнего гамма-излучения. На расстоянии 250-300 м от заграждения гамма-излучение снижается до фоновых значений. Склады монацитового песка в случае чрезвычайных ситуаций и стихийных бедствий потенциально опасны.

Хранилища твердых и жидких отходов на Белоярской АЭС работают в нормальном режиме, но с учетом возможного снятия с эксплуатации 1 и 2 блоков АЭС, необходимо их расширение или строительство нового хранилища.

Особую тревогу для окружающей среды и населения вызывают бассейны выдержки отработанных твэлов, требующие капитальных затрат на поддержание их эксплуатационных характеристик.

4.3Газовые выбросы

Парниковый эффект, озоновые дыры, кислые дожди, пораженные леса, смог -- все это понятия, которые однозначно характеризуют нарушение среды обитания. Эти отклонения основаны на сложных биохимических, физических и физико-химических процессах, вызванных многочисленными антропогенными источниками выбросов.

Несмотря на значительные усилия и частичный успех, разработка решений по первичной охране окружающей среды, то есть концепции экологически чистых технологических процессов не могут быть решены в необходимой степени за короткое время. Вторичные природоохранные мероприятия, а именно очистка отходящих газов и воздуха в целях снижения твердых, парообразных и газообразных вредных компонентов, по-прежнему не утратили своего значения. Однако следует отметить, что эффективность их по разным причинам не очень высока. За период с 1989 по 1994 г в Свердловской области масса выбросов загрязняющих веществ как суммарная, так и по основным загрязняющим веществам имеет тенденцию к снижению. Валовой выброс загрязняющих веществ за 5 лет снизился более, чем на 40%. Это ли не прекрасно! Причем пылевые выбросы в атмосферу сократились практически на 55%, а газообразные на 39%. Однако все это сокращение связано, в основном, с падением производства.

В 1994 году на предприятиях области улавливалось 10,1 млн. т загрязняющих веществ, из них утилизировано 4,88 млн. т. Степень улавливания загрязняющих веществ по области в целом составила 86,56%. Самая низкая степень улавливания на предприятиях топливной отрасли -- 6,21%.

Мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу области были выполнены на 83 предприятиях. Выбросы за 1995 год снижены на 21 тыс. т. Какие же мероприятия были проведены?

В основном это:

повышение эффективности существующих установок газоочистки (УГО) предприятий Верхнего Тагила, Серова, Качканара -- 2253 т;

наладка и ремонт УГО в Артемовске, Сухом Логе, НТМК -- 1773,1 т;

монтаж новых УГО в Серове, Каменск-Уральском, Сухом Логу, Первоуральске, Асбесте -- 899,6;

реконструкция УГО в Ревде, Полевском, Каменск-Уральском, Екатеринбурге, Нижнем Тагиле -- 350,1 т;

перевод систем отопления с мазута на газ в Реже, Серове, Красноуральске -- 1103,4 т)

изменение технологии в Красноуральске, Полевском, Екатеринбурге -- 13674,7 т;

закрытие источника загрязнений в Асбесте, Каменск-Уральском -- 529,4 т.

Очистка отходящих газов и воздуха. Для очистки газов применяют: электрическую очистку, механические пылеулавливатели, процессы абсорбции и хемосорбции, сжигание, адсобцию и катализ.

Электрическая очистка газа основана на принципе поляризации твердых частиц, содержащихся в газе или воздухе. Под действием электричества создается электромагнитное поле. Частицы поляризуются, притягиваются к одному из электродов и скапливаются на его поверхности. Периодически образовывающийся налет удаляется. Применяется на предприятиях цветной и черной металлургии, химической и целлюлозно-бумажной промышленности, промышленности строительных материалов, стекольных заводов в топливно-энергетическом хозяйстве: для очистки обжиговых и отходящих газов из печей, конвертеров домен любых видов, сушилок, электролитных и стеклоплавильных ванн, любых газов термических процессов, отходящего воздуха или газов от источников пыли на цементных заводах.

Механические пылеуловители включают в себя: центробежные сепараторы (циклоны, мультициклоны), тканевые фильтры, грануляторные фильтры (фильтр с завихряющими, насыпными слоями).

Циклоны, мультициклоны применяются для очистки полезных и отходящих газов от пыли в сталелитейной, металлургической и химической промышленности, таких как дымовые газы, агломерационные газы, печные газы и т.д.

Очистка газа при выплавке алюминия.

Тканевые фильтры: очистка от пыли отходящих газов и воздуха помещений на литейных металлургических заводах, электростанциях и мусоросжигательных установках.

Грануляторные фильтры: очистка от пыли отходящего воздуха из клинкерных охладителей на цементных заводах, отходящих газов из вращающихся и шахтных печей, предприятий по добыче и переработке нерудных полезных ископаемых и почв, а также дымовых газов, отходящих газов агломерационных фабрик.

Абсорбция и хемосорбция. Процессы абсорбции и хемосорбции применяются в скрубберах, распылительных абсорберах, реакторах с циркулирующим кипящим слоем. При этом используются методы мокрой очистки путем промывки, абсорбции и реакция для удаления агрессивных газов с жидкостями, прежде всего в химической промышленности, на металлургических заводах, электростанциях и мусоросжигательных заводах. Полусухие методы, основанные на реакции агрессивных газов (S02, НС1, HF) с суспензиями, с образованием твердых продуктов реакции, используются на электростанциях и мусоросжигательных заводах (распылительные абсорберы). Сухие методы, в качестве циркуляционных процессов в реакторе с циркулирующим кипящим слоем с порошковым абсорбентом, для удаления агрессивных газов из отходящих газов алюминиевой, химической промышленности, промышленности строительных материалов, электростанций и мусоросжигательных заводов. Удаление из газов ртути и других вредных компонентов с помощью специально пропитанного активированного угля.

Очистка отходящих газов путем сжигания применяется для отходящих нефтехимических предприятий, сжигания газов, содержащих хлорпроизводные углеводороды с регенерацией, совместного сжигания отходящих газов и жидких остатков.

Очистка газов путем адсорбции и катализа для удаления растворителей, органических и неорганических сернистых соединений, а также других газо- или парообразных агрессивных веществ из отходящего воздуха и газов путем адсорбции на активированном угле. Удаление H2S и S02 из отходящих газов путем катализа на алюминиевоокисных катализаторах (А120з) для получения товарной серы. Каталитическое восстановление оксидов азота в дымовых газах с целью снижения содержания NO2. Каталитическое окисление диоксинов и фуранов. Удаление вредных компонентов (диоксинов, фуранов, ртути и тяжелых металлов в газообразном виде) на буроугольном коксе или активированном угле методом адсорбции. Очистка отходящих газов от S02 (например, в пигментной промышленности) путем каталитического окисления до SO2 и получения серной кислоты.

Снижение количества газовых выбросов. Одним из очевидных способов снижения количества газов от электростанций является меньшее потребление электричества. Самый дешевый и легкий способ снижения количества используемой энергии для обогрева дома, это изоляция вашего дома и избавление от сквозняков. Изоляция чердаков, утепление дверей и окон, подбор тяжелых, подбитых штор на окна могут окупить себя в течение двух лет низкими ценами на оплату обогрева. Экономия денег -- это только одна польза. Потребление меньших количеств энергии экономит топливо, которое не может быть восполнено и снижает загрязнение воздуха от сжигания угля и нефти.

Не менее важным методов является реконструкция действующих предприятий и установок газоочистки (УГО). В некоторых случаях полезной бывает даже ликвидация источников загрязнения.

4.5 Ликвидация газовых выбросов

Утеплительные меры не спасают от. вредных выбросов, но диоксид серы, перед тем как выбрасывать его в воздух, можно удалять из отработанного газа. В Германии с использованием аммония диоксид серы превращают в удобрение -- сульфат аммония. Удаление оксидов азота -- более трудная задача. В настоящее время разрабатываются технологии сжигания ископаемого топлива при более низких температурах с меньшим образованием оксидов азота.

Нагревание известняка с добавлением воды переводит его в гашеную известь, используется фермерами для уменьшения кислотности почвы. В Швеции широко применяется известкование озер. Этот метод позволяет поддерживать в озерах низкий уровень кислотности и тем самым жизнедеятельность живых организмов.

В свое время девять европейских стран ставили цель: снизить до 30% количество выброшенного в атмосферу диоксида серы, но остальные не так и не присоединились к ним. Кислотный дождь -- очень сложная проблема, и нет никакой уверенности, что потраченные на снижение выбросов диоксида серы миллионы долларов приведут к заметному улучшению состояния водоемов.

4.5 Ликвидация твердых промышленных отходов

Повсеместно основными методами обезвреживания не утилизируемых промышленных отходов являются термическая обработка и захоронение на промышленных полигонах. Однако основная часть этих отходов складируется временно на промышленных предприятиях, а затем удаляется и подлежит захоронению на специальных полигонах, предназначенных для не утилизируемых промышленных отходов.

Полигоны для твердых промышленных отходов мало чем отличаются от бытовых, за исключением состава отходов. Отходы, как правило, имеют более однородный состав, часто высокотоксичные, требуют дополнительных физико-химических методов разложения.

В Свердловской области зарегистрировано 647 объектов для размещения отходов, в том числе 252 свалки бытовых отходов. Основная часть отходов размещается в хранилищах, не соответствующих нормативным требованиям. Экологическая проблема утилизации, переработки, обезвреживания и размещения промышленных отходов, и особенно токсичных, является бесспорно актуальной, но существующая система устранения отходов несовершенна и влечет за собой новые, не менее сложные проблемы.

Так, в Екатеринбурге часть отходов промышленности вывозятся на полигон «Северный; в окрестностях пос. Красногвардейский, Красный, Зеленый Бор, Садовый на площади 25--30 км2 сосредоточено 5 свалок, в том числе могильник радиоактивных и жидких высокотоксичных отходов. Две свалки принадлежат Уралмашу. В окрестностях пос. Горный Щит две свалки бытовых и промышленных отходов. Одна из них площадью 47,5 га -- полигон промышленных и бытовых отходов завода РТИ. На той же территории находятся, к сожалению, садово-огородные товарищества и кооперативы.

Основными видами промышленных отходов, вывозимых для захоронения с РТИ являются: отходы губчатых изделий (1000 т/год), эбонитовых изделий (280 т/год), крошка изоляционной ленты (90 т/год), мешки бумажные (30 т/год), использовавшиеся для транспортировки и хранения компонентов, входящих в рецептуру приготовления резины.

Для размещения отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, черной и цветной металлургии, топливно-энергетического комплекса используются отвалы пустых и вскрышных пород, некондиционных руд, хвостохранилища (отходы обогатительных фабрик), шлаковые отвалы, шламохранилища и шламонакопители предприятий черной и цветной металлургии, золоотвалы ГРЭС. Надо отметить, что в нашей области в 1993 г. отходов угледобычи и обогащения было использовано соответственно 12 млн. м3 (75%) и 0,3 млн. м3 (56%), в основном для засыпки разрезов и карьеров.

Таким образом, кроме прямого воздействия на почвы промышленных выбросов и сбросов, в области интенсивно идет процесс вторичного загрязнения земель в результате вымывания токсичных соединений из отвалов, шламохранилищ и свалок.

Для размещения всех отходов области из землепользования изъято 16534,8 га, в том числе предприятиями цветной металлургии 3147,2 га, предприятиями черной металлургии 6228,3 га, предприятиями топливно-энергетической промышленности 3944 га, предприятиями, производящими стройматериалы, 3215,3 га.

Некоторые отходы содержат материалы, которые особенно опасны для людей. Эти отходы называются особо токсичными или специальными отходами. Точная цифра количества специальных отходов не поддается прямой оценке, однако косвенным образом она оценивается как 1/10 объема создаваемых ежегодно токсичных промышленных отходов.

Часть из наиболее опасных отходов разрушается в специальных печах. Вещества, которые сжигаются, включают сложные соединения углерода, водорода и одного или более галоидных соединений (хлора, фтора, йода и брома). Эти химикаты поступают из пестицидов, пластмасс и медицинских препаратов, а также из различных растворителей для обезжиривания и сухой химчистки.

Процесс сжигания очень дорог и используется только для наиболее опасных отходов. Свалка, по-прежнему, самый дешевый способ захоронения отходов и используется для многих опасных отходов, таких как асбест, кислотные и щелочные отстой отходов тяжелых металлов, химикаты из пластмассовой промышленности и отходы масел. Лишь очень немногие свалки специализируются для опасных отходов, и они тщательно контролируются для уменьшения опасности загрязнения. Например, отходы многих тяжелых металлов выбрасываются в виде осадка нерастворенных солей. Если на ту же землю вылить кислоты, то они могут сформировать растворимые соли тяжелых металлов, которые могут отравить местные источники. Прежде всего на карте должно быть отмечено точное положение всех отходов, и выброс на свалке должен тщательно контролироваться.

ЛИКВИДАЦИЯ ЖИДКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Предприятия или, не утруждая себя очисткой, сливают промышленные стоки в водоемы (311 промышленных предприятий сливают свои стоки в р. Исеть), или, после предварительной физико-химической очистки,-- в канализационную сеть, а там они подвергаются той же обработке, что и коммунальные стоки.

Часть предприятий области имеет оборотные циклы водоснабжения, что позволяет повторно использовать очищенные промышленные стоки, но, к сожалению, они пока не делают «погоду». Об использовании оборотных циклов водоснабжения мы поговорим в следующей главе.

Для высокотоксичных промышленных стоков применяются скважины. Требования к подобным скважинам и к грунту очень строгие. Однако отсутствие подобных полигонов по захоронению высокотоксичных отходов (I и II класса опасности) усугубляет экологическую обстановку области. Неблагоприятная обстановка сложилась с размещением и хранением отходов гальванического производства, всего накоплено в хранилищах предприятий 71388 т.

Промышленные предприятия области эксплуатируют 167 очистных сооружений механической очистки (проектной мощностью 379 млн. м3 в год, фактическим поступлением -- 210 млн. м3) и 38 очистных сооружений физико-химической очистки (проектной мощностью 90,0 млн. м в год, фактическим поступлением -- 40,0 млн. м ). Сброс производственных, ливневых сточных вод, шахтно-рудничных, коллекторно-дренажных вод после данных очистных сооружений осуществляется в поверхностные водные объекты. Нормативно-очищенные воды сбрасываются после 26 сооружений механической очистки (проектной мощностью 72 млн. м3 в год, фактическим поступлением -- 47 млн. м3) и 3 сооружений физико-химической очистки (проектной мощностью 25 млн. м3 в год, фактическим поступлением 16 млн. м3). Основными причинами неудовлетворительной работы механических и физико-химических очистных сооружений является превышение концентраций загрязняющих веществ в сточных водах, поступающих на очистку; несоответствие технологии очистки составу подаваемых сточных вод; сезонная перегрузка по объему поступающих сточных вод; неудовлетворительная эксплуатация очистных сооружений.

Наряду с неудовлетворительной работой очистных сооружений и неконтролируемым сбросом стоков, угрозу окружающей среде представляют шламонакопители. В области построено 146 шламонакопителей, прудов-отстойников токсичных вод с суммарным объемом 900 млн. м3 с площадью зеркала 141,2 км2.

Наиболее крупные шламонакопители:

хвостохранилище Качканарского ГОК,

золоотвалы Рефтинской и

золоотвалы Верхнетагильской ГРЭС. А самые токсичные:

шламонакопители «Хромпика» (г. Первоуральск), содержащие хром шестивалентный;

Сорьинский шламонакопитель (г. Красноуральск), содержащий 10 млн. м3 загрязненных фтором, мышьяком и медью стоки;

шламонакопитель «Уралхимпласта» (г. Нижний Тагил) с высоким содержанием органических веществ.

Для улучшения качества сбрасываемых сточных вод и уменьшения их объема предусматривается строительство новых, реконструкция действующих очистных сооружений, а также ввод в эксплуатацию систем оборотного и повторного водоснабжения.

Предприятия должны очищать отработанную воду до стандартов, установленных местными водоохранными службами, которые контролируют качество водоемов.

Водоохранные службы редко преследуют предприятия за загрязнение рек. Когда же они это делают, штрафы обычно незначительны. Однако угроза судебного разбирательства и привлечение внимания общественности часто играет положительную роль, заставляя предприятия снижать уровень загрязнения воды.

Часто предприятия, не имеющие своих очистных сооружений, особенно в центральных частях населенных пунктов, спускают отработанные воды в канализацию, на очистные сооружения. Естественно, они должны оплачивать эти услуги в соответствии с объемом и степенью загрязнения отходов, поэтому зачастую значительно выгоднее сбрасывать часть отходов с целью снижения расходов.

Частичная обработка стоков включает:

нейтрализацию кислот и щелочей;

поглощение тяжелых металлов и сбор их в твердом отстое;

отделение нефти и жиров от воды;

отстаивание загрязненных твердых веществ в воде. Все эти процессы и полная обработка отработанной воды могут произвести шламовые отходы, обычно выбрасываемые на свалки.

Неэтилированный бензин -- это бензин без тетра-этилсвинца. Европа первой осуществила переход на неэтилированный бензин. Сначала бензин без тетраэтилсвинца был дороже; шли слухи, что при использовании этого бензина автомобили теряют эксплуатационные характеристики. Водители не были уверены, могут ли их автомобили работать на неэтилированном бензине. Уверенности не было даже у специалистов. Оказалось, что многим автомобилям необходимо лишь небольшое приспособление к двигателю. Сейчас в Европе ситуация прояснилась Все автомобили, произведенные с октября 1990 года, могут заправляться неэтилированным бензином

Каталитический конвертер. Каталитический конвертер -- это коробка, вставленная в выхлопную систему автомобиля Она содержит катализатор, сделанный из драгоценных металлов (сейчас прорабатываются конструкции без драгоценных металлов) Катализатор превращает опасные оксиды азота в безвредный азот, а угарный газ в углекислый. Не сгоревшие при работе двигателя углеводороды превращаются в углекислый газ и воду.

Задачи области в снижении выбросов от стационарных и передвижных источников состоят в следующем:

Обновление пылегазоочистного оборудования.

Оснащение наиболее крупных источников выбросов системами мониторинга (пыль, S02, СО, NOg).

Внедрение автогенных процессов на предприятиях медной промышленности.

Газификация котельных.

Использование газа в качестве топлива для автотранспорта

Внедрение нейтрализаторов отработанных газов на автотранспорте Использование неэтилированного бензина.

Подавление оксидов азота в выбросах ТЭЦ.

Ликвидация мартеновских печей.

ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Широкое распространение стиральных и посудомоечных машин, лучшие стандарты гигиены -- все это привело за последние 20 лет к повышению количества используемой воды.

Количество воды, необходимое для одного жителя в сутки, зависит от климата местности, культурного уровня населения, степени благоустройства города и жилого фонда. Последний фактор является определяющим. На его основе разработаны «Нормы водопотребления». В указанные нормы входит расход воды в квартирах, предприятиями культурно-бытового, коммунального обслуживания и общественного питания. В некоторых городах развитие водопровода позволяет обеспечить высокие нормы водопотребления (Москва -- 500 л/сут., Санкт-Петербург -- 400 л/сут.). Считается, что норма водопотребления 500 л/сут. является максимальной. Однако даже в развитых странах, например, в Великобритании, на каждого человека приходится в среднем 120 литров очищенной водопроводной воды в день.

В Свердловской области удельное потребление воды на одного человека (в 1996 году этот показатель превысил 300 литров в сутки) считается большим. В Екатеринбурге общее водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды составляет 600 тыс. м3/сутки, из них 150 тыс. м3/сутки забирается из Верх-Исетского пруда, то есть около 450 литров на человека в сутки (правда, не такой чистой, как в Великобритании).

Централизованное водоснабжение позволяет резко поднять уровень санитарной культуры населения, способствует уменьшению заболеваемости при бесперебойной подаче достаточного количества воды определенного качества.

Нарушение тех или иных санитарных правил при организации водоснабжения и в процессе эксплуатации водопровода влечет за собой санитарное неблагополучие вплоть до настоящих катастроф.

В По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире из-за низкого качества питьевой Вводы умирает около 5 млн. человек. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Это дало основание назвать проблему снабжения доброкачественной водой в достаточном- количестве проблемой номер один.

В рассматривая потребление воды, не следует забывать, что вся эта вода через небольшой промежуток времени становится бытовыми стоками. А если еще добавить потребление воды энергетическими станциями, заводами, учреждениями и магазинами, то общее использование воды становится значительно выше (рис. 17). Более половины воды используется промышленностью. Так, суммарный забор воды в 1996 году в Свердловской области составил 2,19 млрд.м3/год. Из общего объема забранной воды использовано, к сожалению, только 1,74 млрд.м /год, 57% израсходовано на производственные нужды, 31% на хозяйственно-питьевые, 2% на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение, 10% -- прочие.

Объем же сточных вод, сбрасываемых в водные объекты Свердловской области, составляет 1,85 млрд.м3/год, то есть почти столько же, сколько забрано.

Потребление воды в нашей стране и Уральском регионе нарастает, а вместе с ним будет расти объем стоков.

Возрастающее потребление воды означает, что:

проблема обеспечения водой промышленных городов, встанет уже в начале следующего столетия;

необходимо получить доступ к большему количеству воды, для чего надо построить больше водохранилищ в незагрязненных районах;

будет производиться больше нечистот, которые должны обрабатываться перед сбросом в реки, что приведет к большим расходам на расширение и реконструкцию очистных сооружений.

ПИТЬЕВАЯ ВОДА. Стоки в первую очередь влияют на качество питьевой воды. Вода же исключительно важна для человеческой, а равно и для всей животной и растительной жизни. Способов для воспроизводства воды не существует, не существует также и заменителей воды, поэтому необходимо обращаться с самым ценным природным ресурсом с величайшей осторожностью. В то же время запасы воды на Земле неисчерпаемы для всех практических нужд, и ни одна капля воды не исчезает в круговороте природы. Тем не менее проблема снабжения питьевой водой в нужных количествах и необходимого качества постоянно усложняется. В то время как свежая природная вода подвергается все возрастающему загрязнению, потребности в водопроводной воде постоянно возрастают, требуя приложения все больших усилий для превращения сырой воды в питьевую.

Огромное значение воды и важность проблем, связанных с ее загрязнением, ни у кого не вызывают сомнений. Причины загрязнения воды столь же многочисленны, как сами загрязняющие вещества, -- от сельскохозяйственных стоков до неправильного сброса отработанного моторного масла. Независимые экспертные службы разных стран установили, что до двух третей всех видов раковых заболеваний могут быть связаны с этими токсичными веществами, растворенными в воде. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, вода может содержать до 13 тысяч потенциально токсичных веществ. Самые опасные из них -- соли тяжелых металлов, содержание которых даже в малой дозе способно вызвать заболевания почек, печени, онкологические заболевания и врожденные аномалии. В большинстве случаев питьевая вода получается из обычной водопроводной системы и фильтруется с целью удаления элементов, ухудшающих вкус и запах. В последнее время повышенное внимание было привлечено к опасности загрязнения воды соединениями свинца. Было установлено, что любой уровень содержания свинца в питьевой воде вреден для нашего здоровья, соединения свинца наносят постоянный и непоправимый ущерб нервной системе детей, что приводит к отклонениям в умственном развитии. Пестициды являются одними из наиболее вредных органических веществ, их применение значительно возросло на протяжении последних двадцати пяти лет. Также хлор, который добавляется в воду для уничтожения бактерий, является фактором, приведшим к резкому увеличению раковых заболеваний за прошедшее столетие.

Сами того не сознавая, мы подвергаемся воздействию сотен веществ одновременно, получая их вместе с питьевой водой. Начиная с винилхлорида, который попадает в воду из водопроводных труб, до цианида, который используется в горнодобывающей промышленности, таков спектр токсичных веществ, о которых не было известно ранее.

5.Питьевое водоснабжение Свердловской области

Питьевое водоснабжение населения области крайне неудовлетворительно по качеству потребляемой воды. В настоящее время более 60% населения области потребляет питьевую воду, не соответствующую гигиеническим нормативам.

Неудовлетворительное качество питьевой воды обусловлено как техногенными, так и природными факторами -- в ряде источников водоснабжения северо-восточных районов области отмечается превышение ПДК по брому и бору в несколько раз. Местный гидрохимический фон обусловливает в реках области высокие концентрации марганца и железа общего.

Вместе с тем в области имеет место забор воды из поверхностных источников и подача ее потребителям без очистки и соответствующих условий обеззараживания в гг. Верхней Туре, Кировграде, Кушве, Нижнем Тагиле, Первоуральске и др. Этот факт предопределяет нестандартное качество питьевой воды и периодическое возникновение в данных населенных пунктах вспышек острых кишечных инфекций. Так, заболеваемость по таким водным инфекциям, как дизентерия Флекснера, вирусный гепатит А, держится на высоком уровне в Асбесте, Верхней Салде, Кировграде, Кушве, Нижнем Тагиле и др.

Практически вся поступающая к нам под напором вода сотни раз пересекает текущую во все стороны канализацию. А во время так называемого гашения напора, когда давление в сетях резко снижается, на прогнивших участках может возникнуть обратный эффект, когда из среды окружения водоема подсасываются коммунальные стоки. Так, в Екатеринбурге вдоль южного берега Верх-Исетского пруда проложена канализация, которой уже более 30 лет и коллектор которой уже прогнил и протекает в питьевой пруд. Периодически, особенно в последнее время, он протекает. Так, аварию в декабре 1995 года не могли ликвидировать два месяца, а весной 1996 года в течение месяца. За эти периоды в водоем поступало соответственно около 70 и 40 тысяч тонн коммунальных стоков.

Более 2,43 миллионов человек потребляют воду, подаваемую централизованными системами водоснабжения, не соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям по органолептическим показателям, (цветность, мутность, железо, марганец, хлоридно-натриевый комплекс), 2,1 млн. -- санитарно-токсикологическим показателям (тяжелые металлы, хлорорганические соединения, группа азота), более 2,05 млн. чел. -- бактериально загрязненную. Почти 1,5 млн. человек подвергаются двойному риску: потребляют питьевую воду с химическими и микробиологическими загрязнениями. Около половины населения области используют для питьевых целей хлорированную воду открытых водоемов. Хлорирование воды приводит к образованию высокотоксичных и канцерогенных веществ -- хлорированных углеводородов, количество которых зависит от качества исходной воды водоисточника и технологии водоподготовки.

Качество питьевой воды, подаваемой населению области, не соответствует требованиям действующих норм по следующим основным показателям:

наличие веществ, влияющих на органолептические свойства воды (марганец, хлоридно-натриевый комплекс) -- 41 территория;

наличие веществ, нормируемых по токсикологическому признаку вредности:

хлорорганические соединения, образующиеся в процессе хлорирования воды (в т.ч. хлороформ) -- на 7 территориях;

тяжелые металлы -- свинец, кадмий, суммарное действие металлов (свинец + кадмий + мышьяк) -- на 7 территориях;

азотосодержащая группа (аммиак, нитраты, нитриты) -- на 5 территориях;

кремний -- на 4 территориях;

остаточные количества веществ, используемых в процессе очистки (алюминий) -- на 2 территориях;

бактериальная загрязненность (ОМЧ, коли-индекс, вирусное загрязнение) -- на 18 территориях.

По эпидемиологическому признаку вредности питьевой воды хуже всего в области дела обстоят в Кушве, Алапаевске, Верхней Пышме, Ревде и Екатеринбурге. По токсикологическому -- в Кировграде, Алапаевеке, Полевском, Нижнем Тагиле, Екатеринбурге и Верхней Салде. Наиболее неблагополучными городами по питьевому водоснабжению являются: г.г. Екатеринбург, Кировград, Нижний Тагил, Туринск, Алапаевск, Краснотурьинск, Первоуральск, Ревда, Тавда.

5.1 Подготовка питьевой воды

После того как очищенные стоки попадут в водоемы, вода становится вполне пригодной для растительной и животной жизни. Однако для употребления в качестве питьевой вода из водоемов и рек требует дополнительной очистки. Посмотрим, что же представляют собой сооружения водоподготовки.

СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ. В течение 70-х и начала 80-х годов город Питсфилд в США столкнулся с проблемой качества питьевой воды: ее вкуса, запаха и цвета. При применении в процессе обработки только процесса хлорирования уровни мутности и цвета время от времени начинали превышать стандарты.

Проблема усложнялась тем, что в отдельные времена года в отдаленных участках водопроводной системы было слишком мало или совсем отсутствовал остаточный хлор; вкус воды явно указывал, что сырая вода города при обработке только хлором содержит органические вещества, формирующие тригалометаны в концентрациях, выше стандартных. Кроме того, давление воды не всегда было достаточным в западных и северных частях системы, в то время как в нижней части города давление наоборот было избыточным.

В течение 70-х годов были выполнены исследования, связанные с проблемами качества воды и давления. К 1982 году была проведена комплексная чистка водопроводной системы, а также установка дополнительных сооружений по хлорированию воды. Кроме того, были намечены к проектированию два очистительных сооружения, система транспортировки воды, хранения и распределения, для того чтобы ввести очистные сооружения в систему с обеспечением необходимого давления. Инженерные работы обеспечили основу для установки очистных сооружений и системы модернизации стоимостью 20,5 миллионов долларов.

...