Защита городской среды

Полигон расположен в 13 км юго-восточнее Перми. Его эксплуатация началась в 1978 г., и на апрель 2001 г. накоплено 31,5 млн. м{3} отходов: (21-24% – макулатура, 28-36% – пищевые отходы). По замерам 1997-1998 гг. на территории полигона среднесуточные ПДК были выше нормы в 4,5 раза по аммиаку и в 1,6 раза по углеводородам. Поскольку для Перми характерны южные и юго-западные ветры, то наиболее часто экотоксиканты поступают на поселки Ляды и Н. Ляды, а также дер. Куликовка. Город страдает от воздействия свалки только при ветрах восточной четверти, которые по повторяемости находятся на третьем месте. Приведены расчетные данные о выбросах различных веществ в атмосферу полигона, суммарное годовое количество которых достигает 1 млн. т. Расчет выбросов за счет сгорания, хотя это является нарушением режима эксплуатации полигона, составляет 5 млн. т..

В гл. 1 дана комплексная оценка показателей и характеристик ТБО во взаимосвязи физико-химических свойств и технологических параметров при различных методах их переработки и обезвреживания. Гл. 2 посвящена анализу и обобщению теоретических основ и методов исследования характеристик прокомпостированны ТБО. В гл. 3 изложены результаты экспериментальных исследований по определению основных характеристик прокомпостированных ТБО как объекта сушки, а также параметров сушильного процесса в полупромышленной установке. В гл. 4 представлена теоретическая обработка экспериментальных данных по определению характеристик прокомпостированных ТБО и параметров их сушки. Даны методы расчета и регулирования сушильного процесса. В гл. 5 приведены результаты санитарно-экологической оценки термически обработанных прокомпостированных ТБО, даны технико-экономические показатели внедрения сушильной техники и оценка предотвращенного ущерба при использовании компостов. Установлено, что термической сушкой устраняется адгезионно-когезионный эффект, и обеспечиваются оптимальные условия для разделения фракций прокомпостированных ТБО механизированным способом. При этом происходит глубокое обезвреживание прокомпостированных ТБО от патогенной микрофлоры.

Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование, а также рассмотрены, процессы, протекающие при сжигании искусственно приготовленной смеси, имитирующей состав муниципальных отходов. Эксперименты проводились с целью определения кинетики процесса испарения тяжелых металлов (свинца, кадмия и цинка) в процессе термической деструкции исследуемой массы материала в псевдоожиженном слое при продувке воздухом или смесью, содержащей кислород, азот и диоксид углерода. Приведена схема и описание экспериментальной лабораторной установки. Рассмотрена методика и процедура проведения экспериментов. Проанализировано влияние состава продувочного газа (в том числе содержащего пары хлорида водорода), температуры в рабочем пространстве реактора, уровня содержания тяжелых металлов в исходной массе отходов и др. факторов на кинетику протекания процессов рассматриваемого класса. Отмечено интенсивное испарение тяжелых металлов на начальной стадии процесса и дальнейшее снижение их содержания в отходящих газах по мере протекания термической деструкции исходного материала. Проведено сравнение интенсивности испарения цинка и свинца в промышленных установках для сжигания отходов.

Экспериментально установлено, что на полигоне тверды бытовых отходов (ТБО) Тулы преобладают анаэробные процессы. Это следует из высоких концентраций H[2]S, NH[3], SO[2], в пробах воздуха. Пожары на полигоне сопровождаются эмиссией в атмосферу полихлорированных дибензодиоксинов и полихлорированных дибензофуранов. Разработана модель вертикальной миграции веществ из захоронения ТБО в подземные воды, позволяющая прогнозировать их загрязнение. Установлено, что анаэробные процессы в уплотненной массе отходов идут менее интенсивно, чем аэробные и сопровождаются образованием и эмиссией значительных количеств метана, способствующего возникновению пожаров. На основе изучения биохимических процессов, протекающих в массе бытовых отходов, разработана технологическая схема, пролонгирующая аэробные процессы биодеградации ТБО за счет их принудительной аэрации.

Рассмотрены результаты исследований по переплаву алюминиевой фольги чистотой 99,99% с флюсом JDN-1, основными компонентами которого являются NaCl(40%), KCl(40%) и LaF[3](5%). Они показали, что флюс снижает содержание водорода в металле при температуре 700°C в 2 раза, а использование азота только в 1,5 раза. При плавке под флюсом в металле отсутствуют крупные, >500 мкм, включения и другие дефекты. Рассмотрены механизм рафинирующего воздействия флюса и новая теория покрытия и защиты алюминиевого расплава и атомного рафинирования. Согласно этой теории, рафинирующий эффект достигается как за счет взаимодействия атомов водорода, присутствующих в расплаве алюминия, с примесями, так и за счет флотирующего действия водородных пузырьков. Всплывающие на пузырьках водорода примеси абсорбируются флюсом на поверхности расплава, а другая часть продуктов взаимодействия флюса с примесями в расплаве алюминия оседает на дне печи. Предел прочности алюминия переплавленного под слоем флюса увеличился на 19,2%, а деформация растяжения – на 38,3%.

Твердые продукты сгорания (ТПС) мазута состоят из минеральных и органич. веществ. В состав минеральных веществ входят около 25 соединений металлов. Особое место среди них занимает V, содержание его в остатках зольных мазутов достигает 30% (в пересчете на V[2]O[5]). Разработаны технологии переработки зольных остатков мазутов с получением в качестве конечного продукта чистого V. Существует несколько достаточно эффективных технологий извлечения до 80-90% V из ТПС мазута. В технологич. процессе ТПС образуются различные по количественным и качественным характеристикам категории отходов. Утилизация наиболее массовой категории отходов – летучей золы связана с сооружением на мазутных котлах газоочистных устройств. В то же время шламы, скопившиеся в значительном количестве за длительное время эксплуатации ТЭС, уже являются ванадиевым сырьем, нуждающимся лишь в его химич. переработке. Принципиальная технологич. схема извлечения V из осушенного шлама включает 2 передела: пирометаллургич. – озоление и гидрохимич. Разработанная технология является безотходной и экологически чистой. Зациклованность растворов и упарка их дебалансовой части исключает сброс сливных вод. Твердая фаза: концентрат никеля, химич. концентрат оксида ванадия, гипс и сульфат натрия выводятся из технологии, как товарные продукты.

Рассмотрены пути образования полихлорированных дибензодифенилов и дибензофенилов из их предшественников хлорированных фенолов. Особое внимание уделяли влиянию процесса полихлорирования на термохимический процесс и его скорость при передаче хлора из молекулы хлорфенола по реакции феноксирадикалов в качестве ключевого примера. Измерения соответствующих метиловых эфиров (анизолов) показали, что энергия связи O-H в 2,4,4-трихлорфеноле составляет пять килокалорий на моль, а в пентахлорфеноле четыре килокалории на моль, то есть несколько слабее. На данном основании выведено заключение, что реакция передачи хлора из молекулы хлорфенола с помощью хлорфенокси радикала протекает медленнее, чем реакция феноксирадикала с хлорбензолом. Сравнение данных реакций с реакциями конденсации двух хлорфеноксирадикалами показало их незначительную роль в образовании диоксинов в мусоросжигательной печи. Приведены схемы реакций.

Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование, а также рассмотрены процессы, протекающие при пиролизе отходов печатных плат. Исследования проводились с использованием методов термогравиметрического анализа и позволили установить параметры, характеризующие динамику и кинетику этого процесса. Рассмотрен механизм пиролиза отходов печатных плат и определены основные характеристики этого процесса. Приведена схема и описание экспериментальной лабораторной установки. Рассмотрена методика и процедура проведения экспериментов. Представлена информация о составе конечных продуктов реакции, получаемых в жидкой и твердой фазах. Обсуждены полученные при выполненном исследовании результаты. Указаны приборы, использовавшиеся в процессе проведения исследований с целью определения качественного и количественного состава получаемых продуктов пиролиза.

Проведен сбор образцов золы на участке, подвергшемся горению на открытом воздухе и пожару в результате Хансинского землетрясения на западе Японии в раннее утро семнадцатого января 1995 года. Средние концентрации всей суммы полихлорированных дибензодиоксинов, дибензозфуранов и дифенилов в золе, собранной в древесных остатках разрушенных строений на сгоревшем участке, территориях сгоревших жилых помещений, обувной фабрики, магазина электрического оборудования, составили, соответственно 541, 442, 859 и 22800 пикограммов токсического эквивалента. Особенно четко обнаружены среди аналогов диоксина полихлорированные дибензодиоксины, образовавшиеся на участках с высоким токсическим эквивалентом. Кроме того, семьдесят девять тысяч тонн золы были образованы на пяти открытых участков пожара, а соответствующие количества образовавшихся на них полихлорированных дибензодиоксинов и дифенилов оцениваются в 70,7 грамм-токсических эквивалентов, основанных на аналитических данных.

Представлена информация и рассмотрен состав и общее количество отходов, образовывающихся в Нью-Йорке в течение 20 столетия. Сообщено, что за указанный период из этого города было вывезено 3,5*10{8} т. твердых отходов. Отмечено, что максимальная величина образовавшихся в Нью-Йорке отходов в пересчете на душу населения была зафиксирована в 1940 г. (940 кг/чел в год), а минимальная – в 1961 г. и в 1963 г. (320 кг/чел в год). Начиная с 1980 г., этот показатель возрастал сравнительно мало и составлял 430±2,5% кг/чел в год. Количество зольных фракций топлива за указанный период составлял в среднем 34%. Плотность массы отходов в тот же период составляла от 500 кг/м{3} до 200 кг/м{3}, а содержание в составе отходов органических компонентов от 20% до 80% за период с 1920 г. по 1990 г. благодаря изменению соотношения присутствующих в составе отходов зольного остатка и увеличению содержания бумаги и полимерных материалов. Обсуждены полученные при выполненном исследовании результаты. Проанализировано изменение содержания в составе отходов различных компонентов за период с 1905 г. по 1989 г. Сообщены прогнозируемые данные по изменению состава отходов в будущем.

Представлен анализ возможности и эффективности использования методики определения токсичности продуктов выщелачивания отходов рекомендуемой Агентством охраны окружающей среды. Проведенное исследование показало, что песок, используемый в литейном производстве латунных изделий, в составе которого присутствовало железо, и прошедший указанное тестирование, после захоронения в течение нескольких лет может выделять свинец, медь и цинк. Указанные компоненты содержатся в составе выщелачиваемой из мест захоронения жидкости. Представлены результаты тестирования с использованием предлагаемой Агентством охраны окружающей среды методики свойств отходов, содержащих только песок и этот же материал с добавками металлического железа, цинка, гидроксида железа и гематита. Оценена эффективность использования железа для стабилизации отходов рассматриваемого состава, а также проанализированы процессы сорбции примесей гидроксидом железа и осаждения гидроксидов. Отмечен различный механизм этих процессов при стабилизации свинца, меди и цинка. Сообщено, что использование железа в указанных процессах не дает практических результатов при длительном хранении отходов в местах их захоронения и обсуждены возможные методы оценки стабилизации отходов перед их захоронением.

Получено экспериментальное подтверждение пригодности и успешности применения инфракрасной спектроскопии с фурье-преобразованием для исследования свойств, процессов разложения, стабилизации и гниения отходов. Для проведения данных исследований использовали разнообразные формы предварительно обработанного поступающего на исследование материала, полученного от различных установок для получения компоста, для выявления различных возможностей спектроскопии данного вида. Помимо исследования изменений вещества в процессе компостирования, проведено количественное определение нитратов и других неорганических компонентов в отходах и их участия в процессе разложения отходов с образованием органического вещества по результатам их определения с помощью спектроскопии, которые позволяют обнаружить различия между отходами различного вида и обнаружить также присутствие неразложившегося вещества. Результаты исследований имеют важное значение для определения стабильности разложения вещества, в частности стабильности или нестабильности отходов, а в конечном счете их влияния на окружающую среду.

Для стабилизации металлической ртути (или осаждения в виде сульфида ртути) в подвергшихся термической обработке использованных в процессах электролиза и измельченных угольных электродах и отходах катализатора из активированного угля при содержании в ртути 759-791 и 245-300 микрограммов в каждой из указанных смесей последние подвергают обработке двумя миллилитрами водного раствора сульфида аммония, двумя миллилитрами водного раствора 0,5 грамма сульфида калия и двумя миллилитрами водного раствора сульфида кальция при комнатной температуре в течение тридцати суток. Наилучшими стабилизаторами оказались первые два раствора (сульфидов аммония и калия). В остаточных растворах содержание ртути составило, соответственно, 2 и 8 микрограммов на грамм. Эффективной иммобилизации ртути и угольного электрода не произошло.

Представлена информация о выполненных исследованиях, характеризующих миграцию тяжелых металлов (хрома, меди, мышьяка, кадмия, свинца, цинка и никеля) из мест захоронения мелкодисперсных (размер отдельных частиц менее 5 мкм) отходов электроплавильного производства, а также др. видов промышленных отходов. Отмечено, что из мест захоронения таких отходов возможна миграция указанных примесей и попадание их в грунтовые воды. Представлена информация о способах захоронения указанных отходов и проанализирована возможность их выщелачивания на различных глубинах (от 1,5 м до 3 м). Рассмотрена методика отбора проб и процедура выполнения их анализов. Отмечено образование в местах захоронения указанных видов отходов кристаллических структур в форме минералов франклинита (ZnFe[2]O[4]) и цинкита (ZnO). Оценено влияние состава почв в местах захоронения отходов на образование минеральных структур в зонах захоронения различных видов отходов. Рассмотрена методика проведения экспериментов по выщелачиванию примесей из мест захоронения отходов и распространению токсичных примесей в почвенном слое на различных глубинах. Отмечено, что основным механизмом миграции этих примесей является распространение коллоидальных фракций.

Представлена информация о составе отходов, образующихся в пяти крупных госпиталях Китая. Отмечено, что основными составляющими массы отходов в этих учреждениях являются стекло (55%), полимерные компоненты (20%) и изделия из хлопка (12%). Количество отходов, вывозимых с территории этих госпиталей, составляло 0,48 кг, 0,63 кг 0,43 кг (в пересчете на одну койку) для лечебных учреждений общего профиля, 0,58 кг, для детских больниц и 0,71 кг для госпиталей по лечению опухолей. На основании полученных результатов было определено среднесуточное количество отходов, образующихся в лечебных учреждениях Китая (9390 т). Проанализированы данные об утилизации каждого из указанных видов отходов (стекло и полимерные материалы – 49,32%), кроме того, оставшиеся 49,34% отходов смешивались с бытовыми продуктами или подвергались захоронению на свалках. Проведенные исследования показали, что переработка отходов медицинских учреждений в Китае не находится на должном уровне и представляет достаточно высокую опасность для экологической обстановки.