Защита земель и почв от загрязнения

Защита почв от загрязнения имеет специфические особенности, а именно:

• • основные источники загрязнения почвы — осаждение выбросов промышленных предприятий и средств транспорта, а также загрязнения от мест ликвидации и захоронения промышленных и бытовых отходов;
• • в почве происходит накопление веществ, поскольку она является малоподвижной средой и миграция загрязнений в почве происходит гораздо медленнее, чем атмосфере и гидросфере;
• • влияние загрязнения почвы на человека проявляется косвенно через качество сельскохозяйственной продукции, а влияние на фауну и флору — непосредственное;
• • характер и степень влияния загрязнения почв на человека и биосферу изучены много хуже, чем влияние загрязнений атмосферы и гидросферы.

Защита почвы достигается за счет снижения процессов седиментации веществ из атмосферы и рационального использования удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве.

Внесение удобрений компенсирует изъятие растениями из почвы фосфора, калия и других веществ. Однако вместе с удобрениями в почву вносятся тяжелые металлы и соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром и др. Выведение этих примесей из удобрений — трудоемкий и дорогой процесс. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

Для защиты земель используют сбор отходов и их последующую утилизацию или организованное захоронение. Правовые основы обращения с отходами определяются Федеральным законом от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», который устанавливает две цели:

• 1) предотвращение вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду;
• 2) вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.

Сейчас технически возможно использовать две трети образующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в четыре раза меньше, чем первичного. Эколого-экономический эффект использования вторичного сырья на примере трех видов продукции представлен в табл. 3.7.

Твердые промышленные отходы (7770). Большая доля в общем объеме твердых отходов принадлежит металлическим отходам. Вторичные ресурсы металлов складываются из лома (43%) и отходов (57%). Ломом называются изношенные и вышедшие из употребления детали и изделия из металлов. Отходы — металлы, получаемые при механической обработке литья и других заготовок, а также брак, не поддающийся исправлению в процессе производства.

Основные операции первичной переработки металлоотходов: сортировка, разделка и механическая обработка.

Таблица 3.7

Эффективность использования вторичного сырья по отношению к производству из первичного сырья, %

Сортировка заключается в разделении лома и отходов, но видам металлов. Разделка лома состоит в удалении неметаллических включений. Механическая обработка включает рубку, резку, пакетирование и брикетирование на прессах. Брикетированию подвергается сухая неокисленная стружка одного вида, не содержащая посторонних примесей. Каждая партия металлоотходов должна сопровождаться удостоверением о взрывобезопасности и безвредности.

Отходы древесины широко используются для изготовления древесно-стружечных плит.

В Российской Федерации за счет использования вторичного сырья производится 30% стали, 25% бумаги, 20% цветных металлов. Однако существуют пределы в утилизации отходов. По мере увеличения доли вторичного сырья в материальных циклах идет накопление примесного вещества. Например, в стали, выплавленной из металлолома, накапливается медь, цинк, кобальт. При увеличении степени утилизации отходов требуются большие затраты энергии на очистку и сепарацию данного вида отхода. Из этой закономерности следует вывод о принципиальной недостижимости 100% утилизации отходов и создании абсолютно безотходного производства.

На большинстве предприятий пластмассы и древесные отходы входят в состав промышленного мусора, при этом разделение мусора на отдельные его компоненты оказывается экономически нецелесообразным. В настоящее время создаются новые технологии обработки, утилизации и ликвидации промышленного мусора. Качественный и количественный состав промышленного мусора любого предприятия примерно стабилен, поэтому технология переработки мусора разрабатывается применительно к конкретному предприятию.

Примерный перечень компонентов неутилизируемых ТПО приведен ниже:

Руководитель объекта экономики обязан организовать сбор, временное хранение отходов на территории предприятия, рассчитать норматив образования отходов, согласовать лимит на размещение отходов и составить паспорт опасных отходов.

Обработку твердых отходов целесообразно проводить в местах их образования, что сокращает затраты на погрузочноразгрузочные работы, снижает безвозвратные потери при перевалке и транспортировке. Нетоксичные отходы используются для засыпки оврагов, в качестве изолирующего материала па сватках бытовых отходов, при строительстве дорог и дамб. Часть токсичных отходов III и IV класса опасности, слаборастворимых в воде, допускается для совместного складирования и сжигания с твердыми бытовыми отходами при условии соблюдения санитарно-гигиенических требований.

Токсичные ПО в соответствии должны подвергаться обработке на специальном региональном полигоне, где осуществляют прием, учет и сбор токсичных ПО их обезвреживание и захоронение.

Статистика промышленных стран Европы показала, что подавляющее количество токсичных ПО (до 80%) — органического происхождения. По физическому состоянию ТПО делятся на:

• • твердые органического происхождения — 50−60%;
• • пасты и шламы органического происхождения — 10−45%;
• • жидкие органические отходы — 10−15%;
• • шламы, содержащие органические и минеральные загрязнения, — 6−8%;
• • отходы неорганические — 8−10%.

Наиболее распространенными методами обезвреживания отходов в настоящее время являются:

• 1) для отходов органического происхождения — сжигание при высоких температурах — 900−1100°С (при наличии галогеносодержащих соединений до 1200−1400°С). При этом методе большая часть всех токсичных отходов обезвреживается, а объем несгоревших остатков может быть доведен до 10% их первоначального объема;
• 2) для неорганических веществ — физико-химическая обработка, которая приводит к образованию безвредных, нерастворимых в воде соединений.

Твердые бытовые отходы (ТБО). Морфологический состав городских ТБО приведен ниже:

Влажность ТБО составляет 42−48%, плотность — 0,2 т/м3. В мировой практике известно более 20 методов переработки ТБО, включая их переработку, однако наибольшее практическое распространение получили следующие методы:

• • складирование на свалке или полигоне;
• • сжигание;
• • компостирование;
• • комплекс компостирования и сжигания.

Полигон ТБО — наиболее простое и дешевое сооружение, его устраивают там, где основанием могут служить глины и тяжелые суглинки. Основная масса ТБО вывозится на такие свалки, которые являются источниками загрязнения почвы, грунтовых вод и атмосферы, там плодится множество мух, крыс, птиц, бродячих животных.

Самая серьезная проблема свалок — это загрязнение грунтовых вод. Вода с растворенным в ней загрязнителями называется фильтратом, в котором наряду с остатками разлагающейся органики, красителей и другими химикатами присутствует железо, ртуть, свинец, цинк и другие металлы из ржавеющих консервных банок, разряженных батареек и других электроприборов.

Вторая проблема (особенно на полигонах) — образование метана. У захороненного мусора нет доступа к кислороду. Поэтому его разложение идет с образованием биогаза, на 2/з состоящего из легковоспламеняющегося метана. Образуясь в толще захоронения отходов, он может распространяться в земле горизонтально, проникать в подвалы зданий, тоннели коммуникаций, накапливаться там и взрываться. Метан губит и растительность в местах захоронения отходов.

На рис. 3.32 представлена схема современного полигона для захоронения отходов с системой защиты окружающей среды.

Могильник расположен на возвышенности, значительно выше уровня грунтовых вод. Дно его изолировано уплотненным слоем глины, на котором находится слой щебня для отвода фильтрата и метана. Один слой мусора укладывается на другой, уплотняется, засыпается грунтом так, что получается пирамидообразная насыпь, с которой стекает вода. Могильник окружен скважинами, с помощью которых ведется мониторинг загрязнения грунтовых вод. По периметру всей территории полигона ТБО устраивается легкое ограждение, осушительная траншея глубиной более 2 м или в ал высотой не более 2 м.

К 2010 г. страны ЕС предполагали на 100% запретить захоронение ТБО на полигонах (пока эту идею реализовать не удалось). Такие отходы будут либо сжигать, либо перерабатывать. В Москве до 80% ТБО отправляется на свалки, которые уже через три — пять лет исчерпают свой ресурс (площадь свалок составляет около 800 га).

Мусоросжигательные заводы (МСЗ) получили значительное распространение в странах с высокой плотностью населения и дефицитом свободных площадей. В Европе сжигается в основном около 30% отходов, лидером здесь является Германия — в этой стране построено 40 МСЗ. Во Фран;

Рис. 3.32. Система защиты грунтовых вод на свалке.

ции, в частности в Париже, — 7 МСЗ, в Японии — около 2000, так как земли под полигоны очень мало. В Москве в настоящее время работают 4 таких завода.

Главный недостаток МСЗ — трудность очистки от примесей, отходящих в атмосферу газов, особенно от диоксинов. Для снижения экологической опасности приходится предусматривать многоступенчатую газоочистку, что существенно увеличивает капитальные затраты.

Высокая степень очистки дымовых газов полностью достигается за счет установки реактора, в котором активированный уголь улавливает диоксины, фураны и соединения тяжелых металлов; известковое молоко нейтрализует SO2, HF, НСl; концентрация NOx существенно снижается за счет системы впрыска карбамида; рукавный фильтр улавливает летучую золу.

Образующиеся при сжигании ТБО шлак, зола и нерастворимые соли кальция из реактора перерабатываются в строительные материалы. Утилизация вырабатываемой теплоты (30 т пара в час) позволяет полностью обеспечить потребности завода в тепловой и электрической энергии.

Мусороперерабатывающие заводы, работающие по технологии компостирования, эксплуатируются во многих европейских странах. При этой технологии ТБО сортируются, обезвреживаются и превращаются в компост — органическое удобрение, используемое, например, для городского озеленения или в качестве биотоплива для теплиц.

Комплексные заводы включают в себя технологические линии по компостированию влагосодержащих органических фракций, сжиганию сухих фракций и вторичному использованию других фракций ТБО. Такая технология может быть осуществлена только при активном участии всего населения, когда первичная сортировка отходов ведется населением раздельно в специальные контейнеры для пищевых отходов, стекла, полимеров, макулатуры и т. п.

Сравнительные экономические показатели различных технологий обезвреживания и утилизации ТБО представлены в табл. 3.8.

Одним из перспективных способов переработки ТБО считается технология гидросепарирования отходов, нашедшая применение в Австралии и Израиле. При этом разделение ТБО на отдельные компоненты осуществляется в водной среде, что оправдано экономически (в три раза дешевле, чем сжигание) и экологически (в десять раз меньше загрязнений).

В нашей стране в связи с недостаточным количеством полигонов для складирования и захоронения промышленных и бытовых отходов широко распространена практика.

Таблица 3.8

Относительные затраты на различные технологии обезвреживания ТБО, разы

размещения их в местах неорганизованного складирования, что представляет особую опасность для окружающей среды.

Ртутьсодержащие отходы (РСО). Среди всех видов отходов РСО относятся к I классу опасности. Они образуются из потерявших свои свойства ртутных ламп, люминесцентных трубок, ртутных термометров и других изделий, содержащих ртуть.

В России ежегодно выходят из строя не менее 72 млн ртутных ламп, подавляющую часть которых составляют трубчатые люминесцентные лампы низкого давления, содержащие около 4 т ртути. Проблема извлечения ртути из РСО продолжает оставаться актуальной, если учитывать тот факт, что в стране постоянно увеличивается потребление энергосберегающих ламп, как известно, содержащих ртуть.

Из указанного количества ламп в целом по стране ежегодно перерабатывается не более 40%, что обусловлено отсутствием во многих регионах и городах России системы сбора отработанных ламп и безопасных технологий, необходимых для их обезвреживания. Исключение составляют лишь некоторые регионы России, прежде всего Москва и Московская область, где перерабатывается порядка 8−8,5 млн ламп в год (около 80%).

Сейчас на территории России всего шесть крупных предприятий, перерабатывающих на промышленной основе «вторичную» ртуть и ртутьсодержащие приборы (лампы, термометры, тонометры), и около 40 небольших производств, принимающих на переработку только люминесцентные лампы.

Большинство отечественных демеркуризационных предприятий оснащены установками, в основу которых положены термический или термовакуумный способы переработки использованных ртутных ламп. Известна установка УРЛ-2м, предназначенная для термической демеркуризации (удаления ртути) из люминесцентных ламп всех типов, а также из горелок ртутных ламп высокого давления типа ДРЛ. Ее производительность — до 200 ламп/ч и 1000 горелок. Оставшийся после удаления ртути стеклобой может использоваться в качестве засыпки при производстве строительных и дорожных работ или подлежит утилизации на полигоне твердых бытовых отходов или промышленных отходов (4-й класс опасности отходов).

В последние годы разработаны новые технологии утилизации ламп, учитывающие, что основная часть ртути (до 95−97%) в лампе, бывшей в эксплуатации, связана с люминофором и образует вместе блоки в специальных установках «НПП Экотром» .

При ежегодной переработке на установке 6 млн ламп образуется около 90 т содержащего ртуть люминофора, около 25 т металлических цоколей и примерно 1385 т стеклобоя (содержание ртути в котором существенно ниже 2,1 мг/кг), а также 0,5 т отработанного активированного угля.

Последующая расфасовка цементно-люминофорных блоков в полиэтиленовые мешки является безопасным и эффективным способом предупреждения поступления ртути в среду обитания. Указанные блоки при необходимости могут транспортироваться на значительные расстояния.

Во многих странах мира уделяется особое внимание созданию специальной системы утилизации РСО, при которой последние изымаются из общего потока отходов и перерабатываются на специальных производствах. Раздельная переработка РСО способствует снижению уровня загрязнения среды обитания ртутью.