Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

М.В. Горшков
Экологический мониторинг

Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2010. – 313 с.

Предыдущая

Практикум

Тема 5. Локальный экологический мониторинг. Эколого-инженерная документация

5.1. Технологии очистки от загрязнений

Воздух

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

1. Для механической очистки сухим способом:

2. 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.

3. 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.

4. 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:

5. Скрубберы насадочные;

6. Скрубберы центробежные;

7. Пенные аппараты;

8. Скрубберы Вентури.

9. 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:

10. Паровые увлажнители;

11. Ультразвуковые увлажнители.

12. 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:

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

3. 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).

4. 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.

5. Первичные отстойники. Предназначены для осаждения взвесей.

6. 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:

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Дезинфекция сточных вод.

12. Обработка ультрафиолетом.

13. Хлорирование. Проводится в течение 30 минут.

14. Биофильтры.

15. Использование дополнительных способов очистки вод.

16. 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.

17. 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:

1. фитостабилизация;

2. фитодеградация;

3. фитоиспарение;

4. 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).

Предыдущая