Защита городской среды

Полигон “Красный бор” располагается в бассейне р. Нева в Тосненском районе Ленинградской обл. Здесь захоранивают в “синих” Кембрийских глинах (толщина 80 м) твердые и жидкие отходы горно-металлургического и металлообрабатывающих производств, а также химической промышленности. В результате многолетних наблюдений устанволено, что близ полигона формируются очаги загрязнения: атомохимический площадью 450 га, гидрогеохимический 750 га и литохимический -670 га. Определен многофакторный эколого-экономический ущерб негативного влияния полигона в размере 151 млн. руб в год. Разработана технология утилизации промышленных отходов (извлечение Cu, Cr, Zu, Co, Ni) при обработке раствором FeCl[3] в количестве 8,6 г. Fe/л с доочисткой методами флотации и адсорбции. Для нарушения агрегативной устойчивости раствора промышленных отходов рекомендуется использовать гетерогенную коагуляцию, а в качестве реагента – “синюю” глину в количестве 4 г глины/л. Эффективность утилизации отходов составляет 200%.

Разработана и исследована модель для определения оптимальной конструкции защитных экранов поверхности и основания полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) на основе вариантного проектирования, технико-экономических и экологических оценках. Показано, что основную роль играют экологические факторы. Определены и обоснованы 4 основных требования к строительным материалам: долговечность, химико-биологическая устойчивость, температурная устойчивость, механическая прочность. Предложена методика расчета устойчивости защитных экранов полигонов ТБО (геокомпозитных систем) по плоским поверхностям скольжения. Установлено, что основными расчетными параметрами этой методики являются угол трения и адгезия контактной поверхности. Впервые разработана и апробирована методика испытаний прочностных показателей контактной поверхности в сдвиговом приборе.

В диссертации даны научно обоснованные инновационные инженерно-технические и технологические решения крупной экологической и санитарно-гигиенической проблемы создания современной высокоэффективной технологии обращения и управления твердыми бытовыми отходами (ТБО) на основе новых организационных и схемных решений, а также спецсредств и средств транспорта нового поколения с использованием навигационного оборудования спутникового базирования и информационного обеспечения, представляющего требуемую информацию в систему принятия решений в новых удобных и легко интерпретируемых форматах. Рассмотрен отечественный и зарубежный опыт обращения ТБО. Разработана методология технологий обращения ТБО в Санкт-Петербурге. Представлены результаты разработки и обоснования технических средств сбора и транспортировки ТБО. Приведены результаты технико-экономического анализа применяемых в городской практике разработок, обоснованы перспективы развития системы ТБО в Санкт-Петербурге.

Подробно рассматривается тяжелая ситуация с переработкой и захоронением бытовых и пром. отходов, сложившаяся в Московском регионе и требующая незамедлительного принятия мер по санации загрязненных территорий за счет создания современной системы сбора, переработки и захоронения образующихся отходов. Консорциум австрийских специализированных фирм при поддержке Австрийского Контрольного Банка предлагает к совместной реализации долгосрочную программу по разработке и внедрению такой системы с указанием необходимых для этого законодательных и нормативно-правовых мер, обеспечивающих заинтересованность инвесторов, заказчиков и эксплуатационников в переходе к цивилизованным методам и средствам обращения с отходами на территории Москвы и Московской области. Перечислены основные методы и технологии переработки и утилизации отходов, рекомендуемые для условий Московского региона на основании многолетнего опыта их использования в Австрии. Ориентировочно стоимость работ по предлагаемой программе на ближайшие 20 лет оценивается в 10 млрд. евро.

Рассмотрено наличие широкой гаммы металлов, выявленных рентгеноспектральным флуоресцентным анализом, в пробах почвы и растений (тростник обыкновенный, бриевые мхи), взяты в 197-1998 гг. на северном участке рекультивированной свалки в северо-западной части Приморского района Санкт-Петербурга. Здесь же недалеко от городских кварталов находится природный заказник. Юнтоловская лесная дача. Установлено, что конценрации Cu, Zn, Cr, Pb, As, Co, Ni, Fe возрастают в почвах по мере приближения к грудам отходов северного участка. По сравнению с фоном наблюдается трехкратное обогащение. В биоматериалах в 1,5-3 раза больше Cr, Zn, Ni и Mn, чем в фоновых образцах, доставленных с “Юнтоловской лесной дачи”.

Удобные и вездесущие пластиковые пакеты создают большие проблемы. В Ирландии на каждый использованный пакет ввели налог, взимаемый с покупателей при покупке товаров. В Бангладеш их вообще запретили после того, как выброшенные пакеты вызвали засоры в канализации, что стало причиной наводнений. В докладе Environmental Protection Agency (ЭПА), выпущенном в июле 2002 г., “Бытовые твердые отходы в США: 2000 фактов и цифр”, говорится, что американцы в 2000 г. выбросили 3,3 млн. т. полиэтиленовых пакетов, мешков и оберток. Рециркулировано из них было только 5,4%. В США существует огромный спрос на рециркулированные пакеты, особенно со стороны производителей композиционных пластиковых строительных материалов. Большой рынок существует и в Китае. Большой проблемой полиэтиленовые пакеты являются на морском побережье, где они создают угрозу для различных животных. На производство полиэтиленовых пакетов расходуются невозобновляемый природный газ или нефть-сырец, но электроэнергии расходуется в 2 раза меньше, чем на производство бумажных пакетов. ЭПА видит решение проблем в том, чтобы покупатели холили за покупками с пакетами многократного использования.

Выполнен системный анализ состояния проблемы управления нефтеотходами производств нефтегазодобывающего комплекса, включающий анализ условий образования, состава и свойств нефтеотходов. Осуществлена классификация нефтеотходов, являющаяся основой при выборе способов утилизации. Разработана методика расчета норм образования нефтеотходов на всех стадиях жизненного цикла добычи нефти. Показано, что складируемые на объектах размещения асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), являющиеся источником загрязнения природных систем, представляют собой невостребованные материальные ресурсы и могут рассматриваться как техногенное сырье. В результате экспериментальных исследований и теоретических обобщений разработаны ресурсосберегающие технологии, позволяющие сократить объемы накопления твердых отходов нефтедобычи на 30% путем утилизации АСПО при получении гидроизоляционных материалов с заданными физико-механическими характеристиками на уровне не ниже нормативных.

Сообщается, что около 100 специалистов работали в середине сентября над утилизацией электронно-лучевых трубок из телевизионных приборов и компьютерных мониторов. По экспертным оценкам, ежегодно количество стекла из электронных трубок в Европе составляет 500.000-750.000 т, в Германии – 130.000 т, что составляет 1/7 мас % от общего электронного лома. Вышедшие из строя или бракованные электронные трубки, по немецким правилам, должны иметь преимущественное право утилизации в своей технологии. Лишь потом возможна утилизация в НЕ металлургии или в промышленности минеральных волокон. Однако остающиеся вредные вещества часто препятствуют полноценному вторичному применению. После удаления флюоресцирующегося слоя стекло телеэкранов часто отправляется на свалку. Альтернативой является использование стекла трубок в дорожном строительстве или в качестве шлакообразователя. Такие способы вторичного использования ведут не только к проблеме окружающей среды (загрязнение вредными веществами, выщелачивание), но и к уничтожению утилизируемого материала. В ЕС представлены и обсуждаются Единые европейские правила утилизации электронных агрегатов. Со временем будут введены новые правила, касающиеся электронной продукции, согласно которым все отработанные телевизоры и мониторы не будут больше рассматриваться как строительные отходы, но как “отходы, требующие особого наблюдения”, причем, не только отдельные трубки. Рассматривается замкнутая экологически чистая схема утилизации телевизионного стекла, кооперированный рецикл и др.

При кислотной переработке каолинитов необходимой является стадия их предварительной активации, что обусловлено устойчивостью неактивированного каолинита к действию минеральных кислот. Предварительная активация обеспечивает перевод содержащегося в исходном сырье глинозема в кислоторастворимое состояние. Как правило, активацию каолинита осуществляют: термообработкой (обжигом) каолинита при 500-850°C. Термообработкой в сочетании с химич. активацией. Подобное ведение процесса способствует снижению температуры обжига до 250°C, однако, при этом наблюдаются потери значительных количеств серной кислоты с отходящими газами; механич. активацией, которая является перспективным направлением при переработке различных видов сырья, так как способствует полноте извлечения выделяемого компонента. Разрабатывается способ предварительной кислотной механохимич. активации каолинита. Показано, что механохимич. активация сочетает в себе в полной мере процесс механич. активации и одновременно с этим протекающей химич. активацией обрабатываемого сырья за счет дегидратации структуры минерала серной кислотой, что приводит к извлечению алюминия из каолинита в виде сульфата сложного состава.

Фирмой ООО “Техпрог” (г. Москва) разработана гальванич. линия, которая предусматривает полное исключение промстоков и вредных вентиляционных выбросов. Специальная система промывки деталей в процессе обработки позволяет в 50-100 раз сократить расход промывных вод. Разработаны технология и на ее основе – линия по переработке изношенных автопокрышек. Технология отличается от разработанных ранее тем, что позволяет перерабатывать шины без предварительной вырезки бортового кольца, а также перерабатывать шины с металлокордом. Кроме этого, указанная технология обеспечивает снижение более чем в два раза энергозатрат. Этих преимуществ удалось добиться, отказавшись от использования замораживания резины покрышек перед дроблением. Вместо этого была разработана молотковая дробилка, которая обеспечивает дробление предварительно подготовленных кусков шин размерами 60*60*180 мм, отделение текстильного и металлич. корда и получение крошки размером 10 мм. Биотехнология в очистке сточных вод разработана ООО “Техпрог” совместно с Институтом экологии, ресурсосбережения и оборудования сервиса. Сущность ее состоит в сочетании механич., физич. и биологич. обработки. Переработка жидкой фазы сточных вод осуществляется аэробными бактериями, а тв. фазы – анаэробными бактериями. Жизнедеятельность вредной биосоставляющей сточных вод подавляется воздействием СВЧ-излучения.

Первоочередная задача совершенствования систем утилизации ТБО любого крупного города связана с оптимизацией их сбора, сортировки и удаления на основе комплексного решения организационных вопросов централизованного управления ликвидацией отходов, имеющей целью уменьшение количества несортированных отходов, направляемых на объекты их переработки и захоронения, за счет организации в каждом районе города сортировки отходов. Для решения задачи предварительной сортировки их населением необходимо привлечение экономистов и психологов с целью убеждения населения в необходимости предварительно сортировать ТБО. Пром. переработка отходов должна осуществляться по интегральным схемам, включающим переработку ТБО в компост, сжигание, пиролиз брикетирование и захоронение баласта.

Сообщено, что правильный выбор системы и конструкции установок по термической деструкции отходов может обеспечить существенное снижение объема и уровня токсичности конечных продуктов этого процесса. Рассмотрены и сравнена эффективность различных видов технологических процессов и даны рекомендации по выбору оптимальных способов проведения процессов. Представлена обзорная информация о нормативных документах и допустимом содержании в продуктах переработки токсичных химических материалов, принятых в США, европейских странах, Японии, Таиланде и Аргентине. Указаны технологии, обеспечивающие снижение содержания кислотных соединений, диоксинов и фуранов, ртути, свинца, кадмия, а также оксидов углерода и азота и мелкодисперсных механических частиц в продуктах термической деструкции токсичных отходов. Представлена схема и описание установки для термической деструкции опасных материалов и рассмотрена конструкция аппаратов, обеспечивающих очистку отходящих газов этих установок. Даны рекомендации по выбору оптимальных систем и технологических процессов переработки токсичных отходов и конструкции аппаратов, используемых в таких системах.

Проанализированы источники отходов, образующихся как, от естественных природных процессов, так и от деятельности человека. Отмечено, что очень быстрое научно-технич. развитие человечества ведет к нарастанию количества “неестественных” отходов таких, как выброс на свалки устаревших машин и приборов, и увеличению потребления биоэнергетич. ресурсов планеты. Отмечено, что каждый житель США потребляет в 15 раз больше биоэнергетич. ресурсов планеты, чем она может воспроизвести, Германии – в 3 раза, а каждый житель Индии, например, вдвое меньше. По прогнозам, сделанным в 2002 году, мазута осталось на 40 лет, бензина на 40, урана на 60, газа на 70 и угля на 230 лет (по потреблению на 2002 год). Прогнозы очень пессиместичны и поэтому рекомендуется резко снизить потребление энергии и количества отходов, в частности, в металлообрабатывающей промышленности и в области обработки поверхности.

Масштабы производства литиевых химич. источников тока (ЛХИТ) и анализ состава используемых в них материалов определяют в числе приоритетных проблему утилизации их после выработки ресурса или после окончания сроков их хранения. Приведены факторы, обуславливающие необходимость утилизации ЛХИТ. В МИСиС (г. Москва) разработана принципиальная технологич. схема переработки ЛХИТ, включающая 3 блока операций: 1. Первичная переработка выработавших ресурс ЛХИТ, а также литийсодержащих отходов их производства и бракованных изделий, включающая: вскрытие элементов; утилизацию газообразных и летучих соединений; гидрометаллургич. переработка анодных материалов и электролитов с получением 2-х литиевых соединений: Li[2]CO[3] и Li[2]O*2Al[2]O[3]*11H[2]O (I). 2. Синтез Li[5]AlO[4] из карбоната лития и I. 3. Алюминотермич. получение лития в вакууме восстановлением Li[5]AlO[4]. Широкое внедрение предлагаемой экологически безопасной и экономически целесообразной технологии утилизации позволит не только решить экологич. проблемы, возникающие со все более масштабным применением ЛХИТ, но и вернуть в повторное производство ряд ценных материалов, в первую очередь Li, Ni, Ti, нержавеющую сталь и диоксид марганца.

Все ТБО г. Пущино вывозятся в район д. Жерновка, где захораниваются на полигоне овражного типа методом компостирования. Для города особенно важно как можно дольше продлить срок эксплуатации этого полигона. В течение 1999 г. были проведены исследования по объему и фракционному составу ТБО, поступающих от жилого сектора города. По прикидочным расчетам, полученным из анализа объема ценных компонентов в мусоре от жилых домов, можно оценить примерную стоимость вторичного сырья, которое можно извлечь. От вторичных материалов можно в год получать около 200 тыс. рублей, без учета использования пищевых отходов для производства биогумуса, а также использования отходов от различных пластиковых упаковок (полиэтиленовые пакеты, пленка, ПЭТ бутылки и т. п.). Применение селективного (раздельного) сбора мусора позволит уменьшить поступление ТБО на полигон в 3-4 раза, и тем самым намного увеличить его срок службы.