Методы обезвреживания сточных вод, газовых выбросов и отходов производства и потребления

Под редакцией академика РАН. В.В. Лунина.

Научное издание

Монография посвящена актуальной теме – экологии, и носит  образовательный характер. Книга знакомит читателя с экологической обстановкой в современной России, в ней представлен обзор физических, физико-химических, химических и биологических методов очистки сточных вод, способов очистки газовых выбросов; описаны технологии обезвреживания и утилизации промышленных отходов различных производств, а также бытовых отходов. Особое внимание уделено теоретическим основам современных методов и технологий обезвреживания; обобщены многочисленные практические сведения, касающиеся современных методов очистки биосферы от загрязнений.

Описаны технологии, разработанные и внедренные в странах Европейского Союза, США, Японии и России. Отмечены наиболее эффективные с точки зрения охраны окружающей среды.

Книга предназначена для исследователей, интересующихся традиционными и инновационными технологиями очистки стоков, газовых выбросов производств от загрязнений, а также технологиями переработки отходов. Способствуя расширению кругозора читателя, книга полезна для исследователей, бакалавров, магистров, аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в области экологически чистой химии и других химических специальностей.

                                              

Ключевые слова: очистка сточных вод, газовые выбросы, отходы производства и потребления, физические, физико-химические, химические, биологические методы, окислительные, адсорбционные, термические технологии обезвреживания, уничтожение диоксинов

УДК 544.2                ББК 24.5; 35.10

Содержание			Стр.
Введение…………………………………………………………			8
Глава 1. Загрязнение окружающей среды в России          (2005- 2017 гг.)………………………………………..			12
1.1. Сточные воды………………………………………………			12
		1.1.1. Классификация сточных вод………………….	12
		1.1.2. Состав и объемы сточных вод в России ……..	15
		1.1.3. Распределение стоков по водным бассейнам морей на территории РФ. ……………………………	19
1.2. Отходы производства и потребления…………………….			24
		1.2.1. Основные термины и определения ………….	24
		1.2.2. Классы опасности отходов производства и потребления…………………………………………..	27
		1.2.3. Порядок переработки отходов I – IV класса опасности ……………………………………………..	31
		1.2.4. Динамика образования отходов производства и потребления…………………………………………	33
		1.2.5. Структура промышленных отходов……….....	34
		1.2.6. Утилизация и обезвреживание отходов………	35
		1.2.7. Размещение отходов …………………………..	38
		1.2.8. Твердые бытовые отходы …………………….	40
1.3. Загрязнение атмосферного воздуха ………………………			47
		1.3.1.Термины и определения……………………….	47
		1.3.2. Выбросы загрязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных и передвижных источников ……………………………………………	49
		1.3.3.Выбросы парниковых газов …………………...	58
1.4. Заключение к главе 1...…………………………………….			65
Список литературы к Главе 1…………………………………..			67
Глава 2. Методы очистки сточных вод и шламов…………….			70
2.1. Физические методы ………… …………………………….			70
	2.1.1. Центрифугирование…………………………….		72
	2.1.2. Фильтрация………………………………………		72
	Фильтры……………………………………………………….		72
	Фильтр-прессы…………………………………………………		80
2.2Физико-химические методы………………………………..			87
	2.2.1. Адсорбция………………………………………..		88
	Коммерческие адсорбенты………………………………		89
	Адсорбенты на основе промышленых отходов………		95
	Плавающие адсорбенты…………………………………		105
	Технологии адсорбционной очистки……………….....		111
	2.2.2. Ионный обмен…………………………………...		115
	2.2.3. Коагуляция/флокуляция………………………..		118
	2.2.4. Флотация…………………………………………		124
	2.2.5. Электроосмос…………………………………….		125
	2.2.6. Обратный осмос и ультрафильтрация………….		131
	2.2.7. Электрофлотация, электрофорез, электродиализ………………………………………..		132
	2.2.8. Вымораживание…………………………………		135
	2.2.9. Иммобилизация высокотоксичных отходов…..		137
	2.2.10. Реагентное капсулирование…………………..		141
2.3. Химические методы очистки………………………………			147
	2.3.1. Окисление……………………………………….		147
	Озонирование……………………………………………..		147
	Передовые окислительные технологии…………………		163
	Комбинированные методы………………………………		186
	Хлорирование…………………………………………….		189
	Окисление ферратами………………………………..		194
	2.3.2. Восстановление………………………………….		195
	2.3.3. Электролитическое окисление/восстановление.		196
	2.3.4. Нейтрализация………………………………….		199
	2.3.5. Осаждение………………………………………..		200
2.4. Биологические методы…………………………………….			201
	2.4.1. Основы метода…………………………………		201
	2.4.2. Аэробная обработка……………………………		208
	2.4.3. Анаэробная обработка…………………………		220
	2.4.4. Обезвреживание загрязненных почв………….		225
	2.4.5. Методы с использованием иммобилизованных ферментов………………………………………………		234
	2.4.6. Удаление неорганических загрязнителей……..		237
2.5. Заключение к главе 2……………………………………….			237
Список литературы к главе 2……………………			247
Глава 3. Методы обезвреживания и утилизации отходов……			269
3.1.Термические технологии ………………………………….			270
	3.1.1.Инсинерация (сжигание) отходов………...........		270
	3.1.2. Пиролиз ………………………………………..		279
	3.1.3. Паровой крекинг………………………………..		289
	3.1.4. Окисление в жидкой фазе……………………...		291
	3.1.5. Окисление в свехкритическом водном флюиде (СКВ)………………………………………………….		296
	3.1.6. Газификация …………………………………..		298
	3.1.7. Плазмохимический метод ……………………		299
	3.1.8. Высокотемпературное окисление на базе ракетного двигателя…………………………………...		301
	3.1.9. Термоселект …………………………………….		303
	3.1.10. Гидрирование…………………………………		307
	3.1. 11. Технология плавки……………………..……..		308
	3.1.12. Метод термического разложения отходов в электродуговой печи………………………………….		309
	3.1.13. Достоинства и недостатки термических методов обезвреживания отходов……………………		310
3.2. Захоронение отходов ……………………………………..			314
3.3.Утилизация отходов………………………………………..			322
		3.3.1.Утилизация золы и шлаков…………………….	322
		3.3.2. Утилизация шлам – лигнинов………………..	339
		3.3.3. Заключение к главе 3…………………………..	345
Список литературы к главе 3………………………			347
Глава 4. Методы очистки газовых выбросов………………..			352
4.1. Методы очистки газов от окислов азота………………..			352
	4.1.1. Сухие методы ………………………………….		352
	Гетерогенно-каталитические методы…………………………		352
	Гомогенные восстановительные методы…………..…………		365
	Деструктивные методы ………………………………………		367
	Окислительные методы……………………………………….		367
	Адсорбционные методы.……………………………………		369
	4.1.2. Жидкофазные методы денитрации газов ……		371
4.2. Методы очистки газов от двуокиси серы……………….			373
	4.2.1.Сухие методы……………………………………		373
	Абсорбционные методы………………………………………..		373
	Адсорбционные методы……………………………………….		374
	Каталитические методы………………………………………		375
	4.2.2. Мокрые методы………………………………...		377
	Методы, основанные на окислении и нейтрализации SO2		377
	Циклические методы		381
	Комбинированные методы		383
4.3. Очистка выбросов от оксида углерода (II)………………..			385
	4.3.1. Гетерогенно-каталитический метод …………		385
	4.3.2.Фотохимические методы……………………….		388
4.4. Заключение к главе 4…………………………………….			392
Список литературы к главе 4………………………………			394
Глава 5. Уничтожение диоксинов…………………………..			397
5.1. Источники образования и свойства диоксинов………			397
5.2.Токсичность диоксинов…………………………………..			398
5.3. Методы уничтожения ПХДД и ПХДФ…………………			400
	5.3.1. Термические методы…………………………..		400
	5.3.2. Химические технологии уничтожения диоксинов…………………………………………….		408
	5.3.3. Комбинированные технологии уничтожения…		412
	5.3.4. Стабилизация диоксинов……………………..		416
	5.3.5.Технологии извлечения диоксинов…………		417
	5.3.6. Технологии фиксирования (захоронения)……		419
5.4. Заключение к главе 5……………………………………..			419
Список литературы к главе 5………………………			422
6. Заключение…………………………………………………			424
Приложения…………………………………………………….			426
		Приложение 1…………………………………………	426
		Приложение 2…………………………………………	428
		Приложение 3.………………………………………	432

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие промышленности в XXI веке охватило не только передовые, но и развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Ежегодно во всем мире миллиарды тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступают в биосферу. Промышленость транспорт, тепловые электростанции, сточные воды, утечки нефти, отходы промышленности и сельского хозяйства загрязняют литосферу, гидросферу и атмосферный воздух.

Выбросы токсичных отходов наносят непоправимый урон природе. В планетарных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере; происходит изменение климата. Потепление климата, наблюдаемое в течение последних десятилетий, является общемировой тенденцией его изменения и, как считают, связано в значительной степени и с антропогенными выбросами парниковых газов.

Антропогенное загрязнение атмосферы Земли способствует возникновению «озоновых дыр». Снижение озонового слоя значительно увеличивает поток солнечной радиации на поверхность нашей планеты, что губительно для растений и животных на Земле. Огромное количество видов живых существ подвергаются воздействию опасных веществ, в том числе и на генетическом уровне.

Загрязнение окружающей среды носит планетарный характер, и эта проблема исключительно актуальна и для Российской Федерации. РФ обладает мощным промышленным потенциалом. В последнее десятилетие в РФ успешно развивается добыча топливно-энергетических и других полезных ископаемых. Развиваются обрабатывающие производства, производство кокса и нефтепродуктов, химическое производство, производство прочих неметаллических минеральных продуктов, металлургическое производство, производство готовых металлических изделий и др., которые дают значительные выбросы в окружающую среду.

По данным Министерства природных ресурсов и экологии по состоянию окружающей среды Российской Федерации в 2018 году отмечено, что более половины городов (57%) с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздуха расположены в Сибирском федеральном округе. В список с самыми загрязненными почвами попали города Приморского края, Новгородской области и Санкт-Петербург. Также проблемными признаны города Кировской и Челябинской областей, Забайкалья, Свердловской области, Северной Осетии и Красноярского края. По микробиологическому загрязнению почвы ситуация остается острой практически на всей территории страны. Все это указывает на достаточно сложную ситуацию в области охраны окружающей среды в России.

Значительное количество выбросов загрязнений промышленных производств на территории РФ связано с использованием на очистных сооружениях устаревших, неффективных методов обезвреживания сточных вод, газовых выбросов и способов уничтожения отходов производства, а также недостаточным вниманием к проблеме переработки твердых бытовых отходов.

При работе над книгой авторы ставили своей задачей представить, по возможности кратко, объективную информацию об экологической обстановке в России и описать современные методы очистки сточных вод, газовых выбросов, а также способы и технологии обезвреживания и утилизации отходов производства и потребления. Особое внимание уделено инновационным технологиям, которые разрабатываются и применяются в Европе, США, Японии, России и других странах.

В главе 1 состояние экологии в РФ в последнее десятилетие проанализировано на основании статистических данных по трем направлениям: загрязнения сточных вод, поступающих в водные бассейны РФ, состав, структура, и классы опасности газообразных, жидких и твердых отходов производства и потребления. Рассмотрена динамика обезвреживания, утилизации и размещения отходов;представлены данные по составу и источникам загрязнений атмосферного воздуха; описан состав и структура парниковых газов, образующихся в различных регионах территории России.

В главе 2 изложены современные методы и технологии очистки сточных вод различных производств; главы 3 и 4 посвящены способам и технологиям утилизации и переработки твердых отходов и очистке газовых выбросов различных производств. Современные методы уничтожения самых токсичных соединений – диоксинов, описаны в главе 5.

В книге рассмотрены теоретические основы описываемых методов, проанализированы достоинства и недостатки, а также принципиальные пути повышения эффективности очистки от загрязнений. Авторами обобщены данные по перечисленным направлениям и отмечены методы и технологии, наиболее эффективные и перспективные с точки зрения экологической безопасности.

 В Заключении на основании отмеченных тенденций изменения количества, состава и структуры загрязнений в России и с учетом материала по современным методам их удаления, – дана оценка перспектив РФ в области охраны окружающей среды.

В книге имеется Приложение. Некоторые характеристики водных ресурсов России, важные для понимания общей ситуации по сточным водам и дополняющие основной материал, представлены в Приложении 1. В Приложении 2 приведены данные по уровню предельно-допустимых концентраций соединений I, II и III класса опасности. Представление о свойствах кипящего слоя – основе термической переработки твердых отходов, а также некоторые конструкционные варианты печей с кипящим слоем приведены в Приложении 3.

Авторы выражают глубокую благодарность профессору К.Г. Боголицыну за конструктивные замечания и полезные советы при подготовке маткриалов монографии к изданию.

 

 

 

ГЛАВА 1.