неорганической. Последнюю используют, добавляя в шихту сталеплавильных или стекольных печей, печей для выплавки вторичных металлов и т.д.
Для переработки органической составляющей ТКО применяют следующие методы:
1)сжигание в печах при высоких температурах с получением электроэнергии и тепла;
2)биологические способы превращения отходов в удобрения;
3)пиролиз.
При биологической обработке ТКО сначала измельчаются до определённой степени дисперсности, а затем смешиваются с водой для получения коллоидного раствора. Полученный раствор подаётся в аэротенк (биофильтр, биологический пруд), где происходит аэробное окисление полученной смеси. После этого смесь поступает в метантенк, где происходит её анаэробная обработка.
При компостировании ТКО сбраживаются в барабанных аппаратах или на воздухе в специальных штабелях при непрерывном ворошении. Разложение отходов продолжается до получения относительно стабильного материала, подобного гумусу.
Пиролиз ТКО проводится в закрытых реакторах и представляет собой процесс разложения при высокой температуре (несколько сотен °С) без доступа воздуха. В результате получается твёрдый осадок, а образующиеся газообразные и жидкие продукты сжигаются с целью получения тепла. Основным способом захоронения твёрдых отходов (главным образом, крупнотоннажных отходов промышленных производств) является их складирование в поверхностных хранилищах.
Существует несколько типов поверхностных хранилищ, основными из которых являются шламонакопители. Шламонакопители строят по одноили многокаскадному принципу с созданием плотины, берегов и чаши хранилища. Шламонакопители снабжают противофильтрационными устройствами из глинистых, битумных и полимерных материалов в один или несколько слоёв.
Опасными отходами называют отходы, содержащие в своём составе вещества, которые обладают опасными свойствами (токсичность, радиоактивность, взрывчатость, пожароопасность, инфекционность и т.д.) и присутствуют в количестве, опасном для здоровья людей и окружающей природной среды.
Захоронение опасных отходов осуществляют следующим образом: заключают в металлические капсулы, помещают в кубы из отвердевшего жидкого стекла и размещают под землёй в геологических выработках. Иногда в контейнерах из материалов, устойчивых к действию морской воды, отходы опускают в глубокие впадины морского дна.
Большой объём твёрдых отходов, значительная часть которых содержит ценные компоненты, обусловливает необходимость их утилизации с целью возврата в производство.
91
Утилизируются как бытовые, так и промышленные отходы. Приведём некоторые примеры использования отходов химической промышленности в качестве ВМР.
При производстве фосфорсодержащих продуктов (фосфорной кислоты, двойного суперфосфата и пр.) в качестве отходов образуется фосфогипс, в составе которого присутствуют SO3, CaO, P2O5, CaSO4, соединения фтора, Mg, Si и редких металлов. Фосфогипс используют для мелиорации солонцовых почв, в производстве цемента, для получения серной кислоты, извести, сульфата аммония.
При получении серной кислоты из серного колчедана основным отходом является твёрдый порошок, называемый пиритным огарком, который содержит 58 % Fe, 5 % Cu, CaSO4, небольшие количества серебра, золота и других компонентов. Пиритный огарок используют в цементной и стекольной промышленности, в производстве чугуна, минеральных пигментов (железного сурика, охры и др.), в производстве строительных материалов.
Проблемы переработки отходов с целью использования в качестве ВМР в настоящее время решаются недостаточно эффективно. Для расширения масштабов утилизации твёрдых отходов необходима разработка новых высокоэффективных химико-технологических процессов.
13.1. Утилизация радиоактивных отходов
При делении ядер урана или других тяжелых элементов образуются ядра более легких атомов – иода, цезия, стронция, кобальта и примерно 30 других. Обычно они представляют собой их нестабильные изотопы. Они переходят в стабильное состояние, испуская элементарные частицы и высокоэнергетическое радиоактивное излучение. Кроме непосредственных продуктов деления ядерного топлива нестабильными могут стать и другие вещества внутри и вокруг ядерного реактора, поглотив испускаемые при ядерной реакции нейтроны. Все эти прямые и косвенные продукты расщепления называются радиоактивными отходами. Из таких же веществ состоят радиоактивные осадки при ядерном взрыве.
При нормальной работе АЭС радиоактивные продукты ядерного деления остаются в топливных элементах (циркониевые стержни), а вторичные радиоизотопы – внутри защитной оболочки реактора. Таким образом, заметного поступления радиоактивных веществ в окружающую среду не происходит. Но всегда существует проблема радиоактивных отходов. Они находятся в процессе радиоактивного распада. Содержащиеся в них нестабильные изотопы испускают элементарные частицы и радиацию, переходя в стабильное состояние и теряя радиоактивность. Проблема захоронения радиоактивных отходов включает два аспекта:
- кратковременная изоляция (несколько лет) короткоживущих изотопов, после чего обращаться с ними гораздо легче и безопаснее, чем
92
вначале; - окончательная долговременная изоляция (десятки тысяч лет),
обеспечивающая защиту от долгоживущих изотопов.
При кратковременной изоляции использованные топливные элементы хранятся в глубоких, заполненных водой, резервуарах на территории АЭС. Вода поглощает продолжающее выделяться тепло и защищает от радиации. Для долговременной изоляции радиоактивные отходы концентрируют, затем заливают бетоном и помещают в стальные герметичные контейнеры, которые хоронят на большой глубине в устойчивых толщах горных пород.
14. ПОНЯТИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ. ВИДЫ И ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Основным и наиболее распространенным видом антропогенного воздействия на биосферу является загрязнение окружающей природной среды.
Загрязнение окружающей природной среды – это поступление в нее или возникновение в ней новых, нехарактерных для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, оказывающих вредное воздействие на природные экосистемы и человека. Другими словами, загрязнение окружающей природной среды – это поступление в природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека, флору и фауну.
По происхождению загрязнение окружающей среды бывает естественным и антропогенным.
Естественное загрязнение – это загрязнение, вызванное естественными (природными) причинами и катастрофами. К ним относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, селевые потоки, наводнения, землетрясения, выветривание горных пород, ветровая и водная эрозия, массовое цветение растений, разложение живых организмов и т.п.
Антропогенное загрязнение – это загрязнение, являющееся результатом хозяйственной деятельности человека.
Выделяют следующие основные виды загрязнений окружающей природной среды:
1.Физическое (параметрическое) загрязнение – загрязнение, связанное
сизменением физических параметров среды. В зависимости от изменения того или иного параметра различают следующие виды физических загрязнений:
а) тепловое загрязнение. Проявляется в повышении температуры среды. Источники – теплотрассы, промышленные выбросы теплой воды и дымовых газов и т.д.;
б) шумовое загрязнение. Проявляется в превышении естественного уровня шума и ненормальном изменении звуковых характеристик –
93
периодичности, силы звука и т.п. Источники – работа транспорта, промышленных устройств, бытовых приборов, поведение людей и т.д.;
в) радиационное и радиоактивное загрязнения. Радиационное обусловлено действием ионизирующих излучений, радиоактивное – содержанием радиоактивных веществ. Проявляется в превышении естественного радиационного фона Земли (1-10 мЗв/год). Источники – разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы (военные и в мирных целях), применение радионуклидов в различных отраслях хозяйства (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические установки (подводные лодки и др.), аварии на атомных электростанциях и предприятиях, радиоактивные отходы;
г) электромагнитное загрязнение. Обусловлено длительным воздействием электромагнитных полей. Проявляется нарушениями в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах: повышении утомляемости, возникновении чувства апатии и др. Источники – высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, бытовая техника (микроволновые печи и др.), радиотелефоны, компьютеры и т.д.
2.Химическое (деструкционное) загрязнение – загрязнение, проявляющееся в увеличении количества химических компонентов в определенном объеме среды за рассматриваемый промежуток времени, а также проникновение в среду химических веществ, отсутствовавших в ней ранее, или
вколичествах, превышающих норму. Различают два вида химических загрязнений:
а) минеральное загрязнение – загрязнение минеральными веществами; б) органическое загрязнение – загрязнение органическими веществами.
Количество загрязняющих биосферу химических веществ огромно и постоянно увеличивается по мере развития новых технологических процессов. Первенство держат: диоксид серы, тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть), пестициды, бензопирен, нефть и нефтепродукты (углеводороды), оксид и диоксид углерода, оксид азота, полимерные материалы (пластмассы).
Источники химического загрязнения – химическая, нефтехимическая, металлургическая, горнодобывающая, пищевая и другие отрасли промышленности, энергетика (ТЭС), сельское хозяйство, транспорт, коммунально-бытовое хозяйство и т.д.
3.Биологическое загрязнение – привнесение в среду и размножение в ней нежелательных, в первую очередь – для человека, организмов (растений, животных, микроорганизмов), проникновение их в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства. Различают следующие виды биологических загрязнений:
а) биотическое (биогенное) загрязнение. Проявляется в распространении нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и др.) на территории или акватории, где они ранее не наблюдались;
94
б) микробиологическое (микробное) загрязнение. Проявляется в появлении в среде необычно большого количества микроорганизмов.
Источники биологического загрязнения – мусорные свалки, несвоевременная уборка мусора, предприятия промышленного биосинтеза (производство биоконцентратов, кормового белка, антибиотиков, вакцин, ферментов и др.) и т.д.
По масштабам и распространению различают локальное, региональное и глобальное загрязнения окружающей среды.
Локальное (местное) загрязнение – это загрязнение небольшой территории, как правило, вокруг промышленного предприятия, населенного пункта.
Региональное загрязнение – это загрязнение, обнаруживающееся в пределах значительных пространств, но не охватывающее всю планету.
Глобальное (фоново-биосферное) загрязнение – это загрязнение, обнаруживающееся в любой точке планеты независимо от расстояния от источника загрязнения.
В настоящее время антропогенному загрязнению подвергаются все компоненты биосферы (воздух, вода, почва).
Основными источниками загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность, теплоэнергетика (ТЭС, АЭС, промышленные и городские котельные), промышленность строительных материалов, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность, автотранспорт, сельское хозяйство. Главными загрязнителями атмосферного воздуха являются оксиды углерода, оксиды азота, SO2 и твердые частицы (пыль, сажа, зола и др.). На их долю приходится 98 % от общего объеме выбросов. В атмосферу поступает также множество других вредных веществ – углеводороды, бенз(а)пирен, аммиак, сероводород, хлор, фтор, озон, формальдегид, фенолы, тяжелые металлы, фреоны и т.д.
Основными источниками загрязнения гидросферы являются сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и легкой промышленности, машиностроения, коммунально-бытового хозяйства, а также сточные воды судов (т.е. флота). Водоемы загрязняются тяжелыми металлами, нефтью и нефтепродуктами, пестицидами, солями, взвешенными частицами, фенолами, СПАВ и т.д., возникают тепловое, радиационное и другие загрязнения.
Основными источниками загрязнения литосферы являются сельское хозяйство, мелиорация, добыча полезных ископаемых, химическая, нефтехимическая, металлургическая и военная промышленность, энергетика, коммунально-бытовое хозяйство. Главными загрязнителями почвы являются пестициды, металлы, картон и бумага, пластмассы, золы, шлаки.
95