Промышленные и бытовые отходы → Способы переработки отходовПромышленные и бытовые отходы → Способы переработки отходовПромышленные и бытовые отходы → Способы переработки отходовК настоящему времени разработано достаточное количество способов переработки отходов. Методы очистки (обеззараживания, обезвреживания) отходов применяются с давних пор.
1. С помощью различных остроумных решений осажденный ил удаляется из отстойников и складируется на специальных полигонах или свалках.
2. Очистка с помощью полей орошения, т.е. спуск сточных вод на специально подготовленные поля, где они просачиваются через песчаный грунт, отфильтровываются и осветляются.
3. Химическая очистка сточных вод с помощью разного рода осветлителей (известняк, соли железа и алюминия).
4. После открытия возможности эффективного использования биологического («живого») ила началась разработка современных технологий, основанных на возврате биологического ила в новую порцию сточных вод, а не полное удаление его из процесса.
5. Применение физико-химических методов очистки промышленных сточных вод от конкретных удаляемых веществ:
5.1. Нейтрализация опасных компонентов.
5.2. Их флоккуляция и осаждение.
5.3. Умягчение сточных вод.
5.4. Механическая очистка (скребками) и перегонка.
5.5. Адсорбция, ионный обмен, экстракция.
5.6. Обратный осмос и ультрафильтрация.
5.7. Удаление аммиака:
а) биологическими методами (нитрификация);
б) физико-химическими методами (очистка, ионный обмен, обратный осмос, отгонка с паром).
5.8. Окислительная очистка сточных вод: а) сжиганием;
б) при влажном окислении:
— H2О2/Fe2+(реагент Фентона);
— О3 (озонирование).
Основными направлениями переработки осадков сточных вод, донных илов и загрязненных почв к настоящему времени являются:
1. Биологическая обработка осадков и обработка окислением:
1.1. Сбраживание осадков в метантенках.
1.2. Аэробная стабилизация осадков.
2. Обезвоживание, сушка и сгущение осадков; использование химических реагентов и дополнительных присадочных материалов в этом виде обработки:
2.1. Обезвоживание, сушка и сгущение осадков.
2.2. Использование химических реагентов.
2.3. Использование дополнительных присадочных материалов.
3. Специальные способы обработки осадков:
3.1. Термическая обработка осадков.
3.2. Замораживание осадков.
3.3. Пиролиз осадков.
Технологические схемы очистки сточных вод обеспечивают ускорение разложения устойчивых органических соединений под воздействием микроорганизмов. Поскольку открытые бассейны с биологическим илом (к тому же это источник неприятных запахов) занимают огромные площади, то часто их заменяют вертикальными конструкциями типа башен (резкое уменьшение занимаемой площади, возможность изоляции неприятных запахов, эффективней используется кислород). Замкнутая система обеспечивает более высокую рабочую температуру, что повышает скорость протекания реакций. Биологическая очистка сточных вод возможна только после их разбавления до определенной концентрации (токсичности). На основании модельных исследований выявлено, что ряд органических соединений, а также токсичные соединения тяжелых металлов не разлагаются биологическими методами очистки сточных вод, т.е. они накапливаются в биологическом иле.
Физико-химические методы очистки промышленных сточных вод от конкретных веществ дороже и эффективнее методов коммунальной очистки.
Способами удаления ила могут быть закладка в отвалы, термическая обработка (сжигание, пиролиз), внесение в почвы сельскохозяйственного назначения (после обеззараживания ила) или его неиспользование.
Для сгущения и уплотнения взвеси в стоках наиболее простым способом является отстаивание.
Оказалось, что соединения железа, алюминия, хрома, меди, щелочь, имеющиеся в составе промышленных сточных вод, способствуют интенсификации осаждения и обезвоживания осадков, а химический состав, структура частиц, их дисперсность и влагосодержание осадка определяют в значительной мере скорость процесса (чем больше пористость осадка и его влагосодержание, тем меньше скорость осаждения).
Для ускорения процессов осаждения применяются высокомолекулярные флоккулянты. Коллоидные частицы суспензии осадка имеют отрицательный заряд, т.е. силы электростатического отталкивания препятствуют коагуляции (свертыванию, затвердеванию, разделению коллоидного раствора на две фазы). В качестве примера высокомолекулярных флоккулянтов наиболее широко применяют полиакридамид (ПАА), который способен увеличить скорость осаждения в 20—40 раз.
В ряде случаев целесообразно применять магнитную или электрическую обработку суспензии с целью концентрирования в растворе твердых взвесей для обеспечения улучшения эффективности действия осветлителей.
Эффективным методом доочистки воды может стать озонирование. Метод позволяет эффективно воздействовать на большое количество загрязнителей естественного и искусственного происхождения с одновременным обеззараживанием воды.
К свойствам озона можно отнести:
Получение озона можно обеспечить на месте внедрения озонной технологии, что существенно облегчает вопрос доставки традиционно используемых окислителей (хлора и его производных). В европейских странах, США, Японии этот метод достаточно широко используется (в Швейцарии на миллион жителей работает 24 озонаторные установки, а в России — только 0,02).
Озонирование представляет собой процесс абсорбции, сопровождаемый химической реакцией в жидкой фазе (хемосорбция). Эффективность процесса определяется величиной удельной поверхности контакта фаз и значением коэффициента массопередачи, что заставляет применять высокоинтенсивные контактные аппараты, обеспечивающие создание большой и непрерывно обновляющейся межфазовой поверхности.
Для перемешивания озона с водой перспективно использовать явление кавитации (образование пустот в движущейся жидкости) как наиболее экономичного и эффективного способа смешения при использовании 95—99% озона. В зоне кавитации создается глубокий вакуум и сюда за счет самовсасывания подводится озоно-воздушная смесь. Поскольку при этом часть жидкости переходит в парообразное состояние, то поверхность контакта фаз при кавитации увеличивается в тысячи раз, так как перемешивание происходит на уровне «газ с газом». Кавитационные аэраторы просты по конструкции, компактны, не требуют глубоких контактных камер.
Примером может стать исследование разрушения фенолов озоном. Превращение фенола в процессе озонирования протекает в последовательности:
При этом продукты глубокого окисления фенолов озоном нетоксичны и некумулятивны. Насколько полно идет процесс превращения фенолов при озонировании, зависит от начальной концентрации фенолов и озона, реакции рН среды, наличия примесей. В процессе разложения фенола озоном сначала происходит распад бензольного кольца при затрате 3 молей озона на 1 моль фенола. Затем начинается прямое окисление с образованием глиоксалевой, уксусной, малеиновой и щавелевой, кислот при затрате до 5 молей кислорода (образуется при распаде озона) на 1 моль фенола. Упрощенная технологическая схема процесса представлена на рисунке.
Сточные воды насосом подаются из бассейна в кавитационный смеситель, где происходит их смешение с озоно-кислородной смесью, поступающей из озонатора. Затем двухфазный поток через змеевик, обеспечивающий взаимодействие озона со сточными водами, поступает в дегазатор. В нем происходит разделение жидкой и газовой фаз. После этого стоки проходят отстойник и биофильтр.
Исследования по доочистке сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, озонированием, показали, что при содержании нефти (40 мг/л), фенолов и других соединений в сточной воде снижалось по нефти до 4 мг/л.
Перспективными считаются разработки технологий очистных сооружений с применением лазерной техники.
Наиболее распространенным способом «безопасного» удаления отходов является их складирование в специальных местах (склады, свалки, полигоны). Все они занимают огромные площади, являются источниками пыли, запахов и шума, при этом можно выделить три вида таких хранилищ:
Из-за протекающих процессов и реакций в отвалах с органическими компонентами бытовых отходов происходит образование газов (метан, диоксид углерода, азот, сероводород). Газовый состав зависит от длительности хранения и фазы брожения. В хранилищах промышленных отходов микробиологические процессы обычно не наблюдаются из-за значительной концентрации ядовитых веществ (микроорганизмы просто уничтожаются). В хранилищах могут образоваться ядовитые или взрывоопасные газы, что требует принятия соответствующих мер обеспечения безопасности. Если склад (свалка) не обеспечен защитой от осадков, наводнений, грунтовых вод, то из хранящихся веществ вымываются в первую очередь продукты брожения и гниения. Велика опасность загрязнения подземных вод.
Но более предпочтительным является сжигание (термолиз) отходов (в развитых регионах Западной Европы сжигается до 50% всех отходов), что существенно снижает объем отходов, разрушает горючие материалы и органические соединения (шлаки и зола составляют менее 10% исходного объема отходов, а по массе — не более 30%). Но даже при сжигании отходов в специально для этого оборудованных печах нельзя исключить проникновения в ОС вредных веществ, в том числе и вновь образовавшихся. Продукты сжигания мусора (шлаки, зола, дымовые газы) содержат неорганические и органические вещества и поэтому требуют особой переработки, чтобы исключить опасность для ОС.
В дымовых газах при сжигании отходов в специальных печах содержатся пыль и вредные газообразные вещества, вид и количество которых в неочищенных отходящих газах зависит от состава сжигаемых отходов, конструкции топки, условий работы всего сжигающего комплекса. Устройства для очистки дымов (электрофильтры, тканевые фильтры, промывные установки) должны эффективно удалять вредные вещества, что сопряжено со значительными трудностями.
|
Вредные вещества |
Содержание в дымовых газах | |
|---|---|---|
|
до очистки |
после очистки | |
|
Хлороводород НС1 |
400-11 500 |
50 |
|
Фтороводород HF |
2-20 |
2 |
|
Диоксид серы S02 |
200-800 |
100 |
|
Оксиды азота N02 |
150-400 |
500 |
|
Моноксид углерода СО |
20-600 |
100 |
|
Органические вещества |
300-500 |
20 |
|
Пыль |
800-15 000 |
30 |
По опыту ряда стран Европы при среднем содержании пыли в отходящих топочных газах 88 мг/м3 достигается приемлемое содержание металлов в частицах дыма мусоросжигательной печи.