Воздушный бассейн и его охрана

26.5.1. Воздушный бассейн — воздуш­ное пространство в пределах города или промышленного предприятия, яв­ляющееся источником воздуха, необ­ходимого для жизни (человека, живот­ных, растений), а также используемо­го для различных технологических процессов, систем вентиляции, ото­пления и т. д.

Рис. 26.1.Пылеосадочные камеры:

а — полая; б—с горизонтальными полками; в, г — с вертикальными перегородками; /— за­пыленный газ; //—очищенный газ; .III— пыль; /—корпус; 2— бункер; 3— штуцер для удаления пыли; 4 — перегородки

До последнего времени принято было считать, что верхняя граница воздушного бассейна проходит над са­мым высоким местным зданием или сооружением. Правильно ли это?

В современных условиях воздуш­ный бассейн большинства городов подвергается непрерывному загрязне­нию выбросами промышленных пред­приятий, автотранспорта, отопитель­ных сооружений и т. п.

Освобождение воздушного бассей­на от загрязнений естественным путем (ветром, воздушными потоками) про­исходит далеко не всегда и не в пол­ной мере. Обычно для оздоровления воздушных бассейнов достаточно: а) использовать естественную или ис­кусственную вентиляцию; б)обеспе­чить герметизацию оборудования; в) использовать установки для газо­очистки и регенерации выбросов.

Дополнительным средством явля­ется увеличение высоты дымовых труб (до 300м)¹.

¹ Исходя из современного подхода к про­блемам экологии, такое решение нельзя счи­тать безупречным.

Промышленные предприятия, вы­деляющие производственные вредно­сти (газ, дым, копоть, пыль), не допус­кается располагать с наветренной стороны (по отношению к жилищным за­стройкам).

Пыль и дым являются аэрозолями, дисперсными системами, состоящими из мелких твердых частиц, находя­щихся во взвешенном состоянии в га­зовой среде. При этом дым — аэрозоль с частицами размером 0,1—10,0 мкм. В отличие от составляющих пыль частиц (более грубодисперсной системы) час­тицы дыма практически не оседают под действием силы тяжести.

26.5.2. Пылеулавливание —важная технологическая и санитарно-гигие­ническая проблема. Современная тех­ника позволяет проводить операции пылеулавливания весьма эффективно. При этом основная доля уловленной пыли, содержащей ценные компонен­ты, утилизируется. Таким образом, операция пылеулавливания является важной составной частью комплекса ресурсосберегающих технологий.

Различают следующие основные виды пылеуловителей (рис. 26.1— 26.6):

а) гравитационные (главным обра­зом пылеосадочные камеры);

б) инерционные сухого типа (глав­ным образом циклоны², в которых пылевой поток резко меняет направление своего движения, что способ­ствует выпадению частиц пыли);

² От греч. kyklon — кружащийся.

Рис. 26.2.Циклон (общий вид и схема дви­жения газа):

/ — входной патрубок; 2 — винтообразная крышка; 3 — выхлопная труба; 4 — корпус (цилиндрическая часть циклона); 5— корпус (коническая часть цик­лона); 6— пылевыпускное отверстие; 7—бункер; 8— улитка для вывода газа; 9— газоход очищенных газов; 10— пылевой затвор

Рис. 26.3.Полый форсуночный скруббер: 1 — корпус; 2—форсунки

26.4.Центробежный скруббер батарейного типа:

/ — рабочие элементы; 2 — двухлопастный завихри-тель; 3 — камера загрязненного газа; 4 — цельнофа-кельная форсунка для подачи орошающей жидко­сти; 5— газораспределительное устройство; б— люк для периодической очистки сетки; 7—сетка для улавливания мусора; 8— устройство для выравнива­ния давления; 9—камера чистого газа; 10— слив­ной патрубок; //—шламовая камера; 12— соеди­нительные трубы

Рис. 26.6.Рукавные фильтры:

/- обычные (а - режим фильтрации; б- режим регенерации; 1 - газопровод загрязненного газа- 2- рука-м™<л ^Ku^P7£' воздухопровод продувочного воздуха; 5- газопровод чистого газа; 6- механизм встряхи-™?v ^U~^IV- ^{новые типы} (^У/Т °⁶Р^атная продувка при избыточном давлении; III- то же, под разрежени-™i™"1™Т^ЬСНаЯс^{Продувка;} '-Дымосос; 2-коллектор обратной продувки; .?-рукавный фильтр; 4-режим фильтрации; 5- режим регенерации; 6- очищенный газ; 7- запыленный газ;*- импульсная про­дувка)

в) инерционные мокрого типа с ис­пользованием жидкости (обычно воды или воды со смачивающими добавка­ми) — различного типа центробежные скрубберы¹, скрубберы Вентури²;

г) барботеры, в которых дымовые газы проходят через слой жидкого растворителя (барботирование — про-давливание газа через слой жидкости);

¹ От англ, scrub — чистить.

² По имени итальянского ученого Дж. Вентури.

д) матерчатые, или тканевые (ру­кавные), фильтры, в которых пыль осе­дает на ткани; тканевые рукава перио­дически встряхивают, и осевшая на них пыль ссыпается в пылесборники;

е) электрофильтры и др.

Остаточное содержание пыли в очи­щенном газе обычно измеряют в г/см³ или г/м³, а к.п.д. пылеуловителей рас­считывают по следующей формуле:

= [(Q_исх-Q_o,.г)/ Q_исх] ∙100%,

где (Q_исх — содержание пыли до очистки; Qо.г — содержание пыли в очищенном газе.

К.п.д. циклонов и скрубберов 70— 90 %; выходящие из них очищенные газы иногда называют получистыми.

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ

Водные ресурсы — это воды, пригод­ные для использования; практически это все воды гидросферы, т. е. воды рек, озер, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) ледников, водяные пары атмосферы.

Водные ресурсы Земли теоретичес­ки считались неисчерпаемыми, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновляются в процессе круговорота. Однако в на­стоящее время это утверждение уже проблематично, так как: 1) имеет мес­то непрерывный заметный рост по­требления воды; 2) наблюдается быстровозрастающее загрязнение речных, озерных и даже морских вод, вызван­ное увеличивающимся сбросом в них сточных вод.

Для обезвреживания сбрасываемых сточных вод расходуется значительное количество чистой речной воды (на единицу объема сточной воды необхо­димо затратить 10—15 объемов чистой).

Для выхода из данной ситуации не­обходимо: 1) организовать повторное использование сточных вод; 2) умень­шить расход воды на единицу продук­ции и постепенно переходить на «су­хие» технологии.

Ниже приведены характеристики основных терминов, используемых в технической литературе.

Водное хозяйство— отрасль народ­ного хозяйства, занимающаяся изуче­нием водных ресурсов и комплексным использованием водных ресурсов, ох­раной подземных и поверхностных вод от загрязнения и истощения, а также транспортировкой их к месту назначения (потребления).

Водопотребители— отрасли, кото­рые изымают (часть безвозвратно) воду из ее источников (рек, водоемов, водоносных пластов). Это промыш­ленность, коммунальное хозяйство, сельское хозяйство.

Водопользователи— отрасли, кото­рые используют не саму воду, а ее энергию или водную среду: гидро­энергетика, водный транспорт, рыбо­водство.

Потребители и пользователи предъявляют к водным ресурсам раз­ные требования, поэтому все вопросы водохозяйственного строительства це­лесообразно решать комплексно.

Сточные воды и их очистка.

Сточные воды — воды, загрязненные производственными и бытовыми от­ходами и удаляемые с территорий (обычно системами канализации). К сточным водам также относят воды, образующиеся в результате атмосфер­ных осадков в пределах территорий населенных мест и предприятий.

В зависимости от происхождения, состава и качественных характеристик сточные воды подразделяют на три ос­новные категории: а) производствен­но-промышленные; б) бытовые (хо­зяйственно-фекальные); в) атмосфер­ные.

В зависимости от количества при­месей производственные сточные воды подразделяют на загрязненные, подвергаемые перед выпуском в водоем (или перед повторным использова­нием) предварительной очистке, и «условно чистые» (слабозагрязнен­ные), выпускаемые в водоем (или вто­рично используемые в производстве) без обработки. Для приема и отведе­ния сточных вод с территории насе­ленных пунктов и предприятий суще­ствуют системы канализации¹ и кана­лизационные сети. Различают внут­реннюю и наружную канализации.

Внутренняя канализация служит для приема сточных вод (в местах их образования) и отведения их в наруж­ную канализационную сеть. Наружная канализационная сеть включает тру­бопроводы, насосные станции и очист­ные сооружения.

Системы наружной канализацион­ной сети могут быть общесплавными (все категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов) и раздельными (дождевые и «условно чистые» производственные воды уда­ляются по одной сети труб и каналов, а бытовые и производственные — по другой).

¹ От лат. canalis — труба, желоб.

Рис. 26.7.Отстойник-накопитель для очистки производственно-дождевых и поверхностных

вод:

1 — распределительная камера с водосбором; 2 — песколовка для частиц крупностью > 1 мм; 3 — отстойник-накопитель; 4— отстойник для постоянно отбираемого расхода воды; 5—боковой водослив для расхода выше максимального (р > 1); 6— шибер; 7— в водоем; 8— водослив (с шибером) на отметке максимального уровня; 9 — решетка для плавающего мусора; 10— отвод масла; 11 — шланг для отвода воды; 12— шланг для отвода масла; 13— поплавковый водозабор; 14— пандус для бульдозера

Глубина заложения канализацион­ных сетей зависит от глубины промер­зания почвы и должна быть достаточ­ной для предохранения труб от разру­шения наземным транспортом. Для средней полосы России она составля­ет около 2 м.

Выбор материала канализацион­ных труб зависит от состава сточных и грунтовых вод и назначения трубопро­водов (керамические, асбоцементные, бетонные, железобетонные конструк­ции и др.).

Ниже приведен перечень техноло­гий и оборудования, используемых для очистки сточных вод.

Отстаивание — медленное рассло­ение жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы, происходящее под действием силы тяжести. Концен­трированный слой у поверхности, воз­никший при отстаивании, называют сливками; частицы, скопившиеся у дна, образуют осадок. Отстаивание ча­сто сопровождается коагуляцией или флокуляцией. Резервуары или бассей­ны для отстаивания называют отстой­никами. Отстойники (рис. 26.7) очист­ных сооружений делят на первичные (этап механической очистки) и вторичные (отделение активного ила при биологической очистке).

Осветлитель — сооружение для во­доочистки в системе водоснабжения. Служит для удаления из воды взве­шенных примесей и коллоидных за­грязнений путем пропускания воды осветляемой зоны снизу через слой хлопьевидного осадка, выпавшего ра­нее под действием коагулянта. Обыч­ная высота слоя осадка не менее 2 м, защитного слоя осветленной воды над ним — не менее 1,5 м. Избыток осадка отводится через осадкоприемные окна или трубы в осадкоуплотнитель.

Декантация — сливание жидкости с отстоявшегося осадка.

Коагуляция² — слипание частиц при их столкновении в процессе движе­ния. В результате коагуляции образу­ются более крупные (вторичные) час­тицы (это как бы скопление более мелких, первичных частиц; первичные частицы в таких скоплениях соедине­ны силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей дисперсистой среды).

¹ От франц. decanter — сцеживать, сли­вать.

² От лат. coagulatio — свертывание, сгуще­ние.

Коагуляция может завершить­ся слиянием частиц — коалесценцией. Коалесценция — самопроизвольный процесс, который в соответствии с за­конами термодинамики является следствием стремления системы пе­рейти в состояние с более низкой сво­бодной энергией. Для ускорения про­цесса используются различные спосо­бы: повышение температуры (термо­коагуляция), введение коагулирующих веществ (коагулянтов) и др. Мини­мальная концентрация введенного ве­щества, вызывающая коагуляцию, на­зывается порогом коагуляции. Коагуля­ция может наступить и без какого-либо внешнего воздействия на систему (автокоагуляция). Коагуляция широко используется в процессах очистки сточных вод, в борьбе с за­грязнением воздушного пространства. В случаях специального приготовле­ния порошков для технологических целей (например, при вдувании реа­гентов в металл) коагуляция, напро­тив, нежелательна.

Коагулянты — вещества, введение которых в жидкую среду, содержащую мелкие частицы, вызывает коагуля­цию этих частиц. Эффективными коа­гулянтами для систем с водной дис­персионной средой являются соли по­ливалентных металлов (алюминия, железа и др.). В качестве коагулянтов используют также водорастворимые органические высокомолекулярные соединения (полимеры). В отличие от неорганических коагулянтов их иног­да называют флокулянтами.

Коалесценция¹ — слияние капель (или пузырей) при соприкосновении, сопровождающееся укрупнением ка­пель (пузырей) и обусловленное дей­ствием сил межмолекулярного притя­жения. Это самопроизвольный про­цесс, сопровождающийся уменьшени­ем свободной энергии системы. Эмульсии и пены в результате коалес-ценции могут перестать существовать как дисперсные системы и полностью разделиться на две макрофазы: жид­кость - жидкость или жидкость - газ.

'От лат. coalesce — срастаюсь, соединя­юсь.

Отстойники — резервуары или бас­сейны для выделения из жидкости взвешенных примесей осаждением их под действием силы тяжести при по­ниженной скорости потока. Для очис­тки воды в системах оборотного про­мышленного водоснабжения приме­няют обычно радиальные отстойники, оборудованные скребковыми меха­низмами для непрерывного удаления выпавшей взвеси.

Отмучивание — отделение медлен­но оседающих мелких частиц поли­дисперсной суспензии от быстро осе­дающих более крупных и тяжелых час­тиц путем сливания жидкости, содер­жащей еще не осевшие частицы, с отстоявшегося осадка. Обычно осуще­ствляют в последовательно соединен­ных отстойниках (камерах).

Песколовки — устройства для выде­ления из сточных вод механических примесей (главным образом песка); их устанавливают обычно перед отстой­никами. Применяемые горизонталь­ные песколовки представляют собой железобетонные резервуары, в кото­рых вода движется со скоростью 0,15— 0,30 м/с; продолжительность пребыва­ния воды в резервуаре 30—60 с; песок (крупностью 0,25 мм) выпадает под действием силы тяжести.

Нефтеловушки — бетонные или же­лезобетонные резервуары (горизон­тальные отстойники), разделенные продольными стенками на несколько параллельно работающих секций; та­кие устройства позволяют улавливать до 98 % нефтепродуктов.

Жироловки — резервуары для отде­ления и задержания из сточных вод жиров, минеральных масел и др. Жи­ровые вещества, содержащиеся в сточ­ных водах, нарушают работу очистных сооружений; попадая в водоем и по­крывая тонкой пленкой большие пло­щади водной поверхности, затрудняют доступ кислорода и тем самым тормо­зят процессы самоочищения водоема. Наряду с этим жиры и подобные ве­щества являются сырьем, которое мо­жет быть переработано для техничес­ких целей.

Жироловки устанавливают у вы­пусков сточных вод из отдельных зда­ний (заводских столовых, участков, где используют машинные масла, и т. п.). В жироловках (своего рода от­стойниках) скорость потока снижают до ~ 10 м/с; продолжительность пре­бывания сточных вод в них колеблется в широких пределах (от 5 до 15 мин). Задерживаемые жиры удаляются с по­верхности насосами или вакуумными установками; при этом жиры подогре­вают до температуры 45—50 °С.

Флокуляторы, флокуляция¹ — вид коагуляции, при которой мелкие части­цы, находящиеся во взвешенном состо­янии, образуют рыхлые хлопьевидные скопления (флокулы). Эти процессы ускоряются при введении специальных добавок — флокулянтов. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакрила-мид и др.) используют в процессах обез­вреживания и утилизации сточных вод. Образующиеся при флокуляции хло­пья сравнительно легко удаляют отста­иванием или фильтрованием.

Флотаторы, флотация² — процесс разделения мелких твердых частиц, основанный на различии их в смачи­ваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избира­тельно закрепляются на границе раз­дела фаз (обычно газа и воды) и таким образом отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых) частиц. Флота­ция, при которой мелкие частицы вместе с пузырьками газа образуют пену, которая затем удаляется, назы­вается пенной флотацией. Существуют также масляная, пленочная, ионная и другие виды флотации.

Метантенк, или метантанк³, — железобетонный резервуар значитель­ной емкости (до нескольких тысяч ку­бических метров) для биологической переработки (сбраживания) с помо­щью бактерий и других микроорганиз­мов в анаэробных условиях (без досту­па воздуха) органической части осадка сточных вод. Смесь газов, выделяю­щихся при сбраживании, состоит пре­имущественно из метана СН₄ (до 70 %) и СО₂ (до 30 %). Метан обычно сжига­ют в котельной, т. е. используют для получения пара, которым подогревают сбраживаемую массу.

Септик — сооружение для очистки небольших количеств (до 25 м³, реже до 50м³ в сутки) бытовых сточных вод; представляет собой подземный отстой­ник горизонтального типа, состоящий из 1—3 камер, через которые последова­тельно протекает сточная жидкость. Предварительно обработанные (освет­ленные) в септике сточные воды под­вергаются затем биологической очистке либо на полях подземной фильтрации, либо в песчано-гравийных фильтрах. В септиках задерживается до 90 % взве­шенных веществ.

Биологическая очистка заключается в биохимическом разрушении (мине­рализации) микроорганизмами орга­нических веществ (загрязнений орга­нического происхождения), раство­ренных и эмульгированных в сточных водах. Микроорганизмы (бактерии) используют эти вещества как источ­ник питания и энергии для своей жиз­недеятельности. В процессе дыхания микроорганизмов органические веще­ства окисляются. В минерализации органических соединений сточных вод участвуют бактерии, которые в за­висимости от отношения их к кисло­роду делятся на две группы: аэробы (использующие при дыхании раство­ренный в воде кислород) и анаэробы (развивающиеся в отсутствие свобод­ного кислорода)⁵.

Аэробная очистка осуществляется обычно в условиях, близких к есте­ственным (поля орошения, поля филь­трации, биологические пруды и т. д.).

Охлаждение горячих сточных вод после их использования в качестве охлаждающей среды происходит в про­цессе очистки и отстаивания. В тех слу­чаях, когда очистка не нужна, для охлаж­дения обычно используют градирни⁶.

Градирня — в настоящее время этим словом обозначают устройство в системах оборотного водоснабжения для охлаждения воды. Охлаждение происходит в основном за счет испа­рения воды, стекающей по оросителю в виде пленок или капелек (испарение1 % воды понижает ее температуру примерно на 6 °С).

¹ От лат. flocculi — клочья, хлопья.

² От франц. flotation — плавать.

³ От франц. methane — болотный газ и англ, tank— бак, цистерна.

⁴ От англ, septic или греч. septicos — гнило­стный, гнойный.

⁵ От греч. аег — воздух; bios — жизнь; an — отрицательная частица.

⁶ От нем. gradieren — сгущать, выпаривать соляной раствор.

Дезинфекция (обеззараживание) — заключительный этап обработки сточ­ных вод. Наиболее распространенный способ — хлорирование — основан на способности свободного хлора и его соединений угнетать ферментные сис­темы микробов. При хлорировании применяют хлор, диоксид хлора, хлор­амин и хлорную известь. Необходи­мые дозы препарата определяют в за­висимости от конкретной ситуации.

ОХРАНА ПРИРОДЫ