Анализ экологических ситуаций, проделанный для ряда промышленных узлов, показывает, что существующая система отраслевого планирования и развития промышленности в некоторых случаях не уделяет внимания условиям образования отходор и необходимости их переработки с учетом специфики региона.
Отходы образуются в основном технологическом процессе производства каких-либо химических продуктов, при очистке отходящих технологических газов, бытовых и промышленных сточных вод, строительных и ремонтных работах и т. д. Различают отходы производства и отходы потребления. Отходы бывают газообразные, жидкие ц твердые.
Предприятия химической промышленности имеют сопутствующие им населенные пункты, теплоэлектроцентрали и объеди- ненные очистные сооружения промузла. Такие предприятия в последнее время строят вблизи источников основных видов сырья, которое потребляется и добывается этими предприятиями. При этом все вопросы добычи и обогащения сырья, очистки сточных вод, переработки используемых отходов и накопления неиспользуемых отходов должны решаться комплексно.
В процессе очистки сточных вод образуются осадки, представляющие собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава. Концентрация осадков в сточных водах составляет от 20 до 100 г/л, а их объем по сравнению с объемом очищаемых стоков колеблется от 0,5 до 2% для станций совместной очистки бытовых и производственных сточных вод или от 10 до 30% для локальных очистных сооружений. Состав и свойства осадков весьма разнообразны. Условно осадки можно разделить на три основные категории — минеральные осадки, органические осадки и избыточные активные илы.
Осадок из отстойников и осветлителей со взвешенным слоем характеризуется следующими показателями: БПК при обработке мутных вод 30—150 мг/л, а при обработке цветных вод 500—1500 мг/л, ХПК500—1000 мг/л, при применении активированного угля до 15000 мг/л, потери при прокаливании осадка 20—25%, а в некоторых случаях 30% и более, pH 6,8— 7,2, плотность влажного осадка 1,005—1,10 т/м3, а высушенного 1,5 т/м3.
В накопителях, предназначенных для защиты от загрязнения высокотоксичными промышленными веществами подземных вод и поверхностных водных источников, применяется комплекс противофильтрационных устройств, обеспечивающих надежную работу сооружений и полностью исключающих утечку сточной жидкости. Назначение накопителей определяется характеристикой сточных вод. Промышленные сточные воды сбрасываются в накопители после предварительной подготовки, если она необходима, с учетом их емкостей.
Хвостохранилища сооружаются для приема отводимой от предприятия пульпы (смеси твердых минеральных частиц — отходов обогащения руд или угля с водой при соотношении 1 : 15—1 : 30), выделения из пульпы твердой части и получения осветленной воды оборотного водоснабжения.
Золоотвалы •— земляные наземные емкости для приема и скла-. дирования твердых отходов от тепловых электрических станций. В общем случае отходы состоят из шлакового материала — твердого негорючего остатка, получающегося после сжигания топлива, золы—мелкой части золошлакового материала, улавливаемой по мере сгорания топлива в золоуловителях, и шлака — материала, скапливающегося по мере сгорания "топлива под топкой в шлакосборниках 25].
Белые .моря устраивают для складирования жидких и твердых отходов от содовых и содово-цементных заводов. Их располагают на равнинной местности, террасах и в поймах рек; ограждают насыпными дамбами из суглинков. Дамбы обвалования белых морей заводов Донсоды и Славсоды и Стерлитамакского содово-цементного комбината возведены насыпным способом из суглинков. На старом белом море Донсоды дамбы обвалования возведены из отходов добываемого в карьере сырья (грубообломочного материала — недопала известковых печей угольного шлака) [26].
Пруды-отстойники, пруды-накопители (буферные пруды), пру-ды-накопители-испарители, аварийные емкости, пруды ливневых вод, шламонакопители имеются в системах канализации предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, пищевой промышленности и др. Все они представляют собой земляные емкости полностью или частично заглубленные и обвалованные, в которых постоянно или периодически содержатся промышленные сточные воды различной степени загрязненности. Эти воды в той или иной мере являются источниками загрязнения подземных вод. Конструкция пруда-накопителя-испарителя приведена на рис. 11.
Горизонтальный дренаж используется для понижения кривой депрессии в теле плотин как в процессе их строительства, так и в период эксплуатации; является основным дренирующим элементом двухслойного противофильтрационного экрана, обеспечивающим снижение давления воды на нижний слой экрана и отвод фильтрационных вод; применяется для снижения давления грунтовых вод на экран в процессе его строительства, а также в качестве защитного устройства, обеспечивающего перехват загрязненных промышленными стоками грунтовых вод в нижнем бьефе сооружения.
Вертикальные дренажи состоят из ряда контурной группы трубчатых колодцев, которые объединены в единую систему водопроводящими устройствами и насосной станцией, или из отдельных трубчатых колодцев, обслуживаемых отдельными насосными агрегатами (рис. 22). Дренажные колодцы частично или полностью перерезают дренируемую толщу грунта и дают возможность осуществлять водоотбор из более глубоких слоев, чем горизонтальные дренажи, и сильно снижать уровень подземных вод в нижнем бьефе.
Комбинированный дренаж сочетает горизонтальную дрену с рядом вертикальных дренажных колодцев. Применяют его в тех случаях, когда один вертикальный или один горизонтальный дренаж не может обеспечить требуемого перехвата подземных вод. Этот дренаж используют как в однородных, так и в слоистых грунтах разной проницаемости и большой мощности фильтрующей толщи. В конструктивном отношении горизонтальная дрена комбинированного дренажа аналогична дрене горизонтального дренажа, а дренажные скважины — дренажным колодцам вертикального дренажа.
Для защитного слоя экрана используются любые местные грунты, обладающие достаточными стойкостью к агрессивному действию сточной жидкости и сопротивлением сдвигу, обеспечивающим устойчивость защитного слоя против оползания на откосе. Толщина защитного слоя рекомендуется не менее 0,5 м.
Для создания противофильтрационного экрана шламохрани-лищ рекомендуется применять стабилизированную полиэтиленовую пленку (ГОСТ 10354—73), обладающую следующими свойствами: плотность — не менее 0,92 г/см3; разрушающее напря- жение при растяжении—не менее 11 МПа, относительное удлинение при разрыве 300%; морозостойкость минус 60 °С. В качестве подстилающего слоя под полиэтиленовую пленку применяют специально отсыпанный слой мелкого песка толщиной до 10 см. Толщина защитного слоя пленочных экранов должна быть не более 50 см из любых грунтов, не содержащих крупных остроугольных включений. Все же лучше для защитного слоя применять глинистые грунты или шламы мелкого помола. Для повышения экранирующего действия глинистых грунтов и шла-мов мелкого помола их следует укладывать непосредственно на пленку. Общую устойчивость откосов земляных сооружений, содержащих противофильтрационный пленочный экран, рассчитывают в соответствии с указаниями СНиП П-53—73 [24].
Результаты научно-исследовательских работ, проведенных на Воскресенском и Актюбинском химических комбинатах в 1964— 75 гг. с целью поиска более надежных и экономичных конструкций, позволили -предложить два новых типа экранов: 1) коллоидно-химический, кольматационный, создаваемый при помощи внутрисолевой прослойки или грунтовых паст (рис. 24, а), и 2) с кальциевыми прослойками (рис. 24,6) меловыми, гипсовыми, известковыми, хлористо-кальциевыми [30, 31].
Таким образом, приведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют однозначно определить работающий слой кольматационного экрана толщиной порядка 80— 100 см.Физико-химическая, природа кольматажа. Для обработки грунтов с целью снижения их водопроницаемости особое значение приобретают поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые могут быть использованы для улучшения физико-химических свойств грунтов, повышения их водоустойчивости и снижения фильтрационных потерь. Концентрируясь на поверхностях раздела, они образуют тончайшие адсорбционные слои, резко изменяющие природу и свойства поверхностей. Несмотря на сравнительно высокую стоимость, применение ПАВ экономически оправдано. Применение ПАВ в дорожном и аэродромном строительстве, для улучшения глинистых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин нашло отражение в ряде работ [38—40]. Эти работы показывают, что применение ПАВ для создания гидрофобной структуры достаточно обосновано теоретически и, безусловно, перспективно для гидромелиоративного строительства.
Технология строительства, его качество, экономичность готовых конструкций и их долговечность в большой степени зависят от того, в какой мере развиты промышленное производство и применение новых эффективных строительных материалов, среди которых важное место занимают пластические массы. Однако это не означает полного отказа от бетона, железобетона, природного и искусственного камня.
С тех пор, как появилось много синтетических смол, которые отлично склеиваются с различными подложками и могут отверждаться как при комнатной, так и при повышенной температуре, заделка стыков в строительном деле не является проблемой. Правда, очень большие коррективы может внести эксплуатация сооружений под-водой и защитных дамб водохранилищ. Исходя из этих особых условий эксплуатации и возникла необходимость изыскать такой полимерный состав, который в своем составе содержит все компоненты, характеризующиеся в одинаковой мере водостойкостью, инертностью и довольно высокой поверхностной активностью дисперсных частиц.
Поливинилхлоридные герметики. В США, Англии, Франции, Японии, Югославии широко используют в гидротехническом строительстве уплотняющие материалы на основе поливинилхлорида (ПВХ). Поливинилхлорид в сочетании с высококипящи-ми пластификаторами (динонилфталатом, дибутилсебацинатом) образует пластикат, обладающий каучукоподобными свойствами; за рубежом он известен под маркой «коррозит»; рекомендуется как атмосферо-химически стойкий материал.
Как видно из табл. 15, этиноль-эпоксидные композиции обладают достаточно высокой твердостью; время достижения предельной твердости при воздушной сушке составляет 13 сут. Термообработка при 50 °С обеспечивает быстрое высыхание..
Пример 1. Накопитель твердых отходов промышленного предприятия. Площадка шламонакопителя распеложена в пределах второй левобережной надпойменной террасы реки. Общая характеристика поверхности участка представлена слабоволнистой равниной с незначительным понижением в северо-западном направлении. Земельный участок представлен песками с бедным растительным покровом.
Сточные воды поступают в накопитель по системе отдельных коллекторов. Пуску коллекторов в эксплуатацию должно предшествовать тщательное изучение его водонепроницаемости. Утечка сточных вод из коллекторов может происходить по двум причинам: при плохой заделке стыков и повреждении труб, особенно когда коллектор уложен из керамических труб, применяемых для транспортировки кислотных стоков во избежание коррозии. Заполнение накопителей происходит на протяжении года, а их опорожнение — в период паводка (1—2 месяца).
Промстоки аккумулируются в накопителе однолетнего или многолетнего регулирования в тех случаях, когда малые расходы реки исключают возможность непрерывного сброса промстоков в реку на протяжении года без нарушения санитарных и рыбохозяйственных норм.
При меженном расходе воды в реке 640 м3/с условия смешения наихудшие. Наиболее высокие эффекты смешения и наибольшая степень разбавления сточных вод достигаются распределением сточных вод через рассеивающий выпуск по ширине реки пропорционально ее единичным расходам по ширине. Изучение глубин и скоростей показало, что нужно располагать выпуск сточных вод таким образом, чтобы большему удельному расходу воды (расходу, проходящему через 1 м ширины реки в месте выпуска) соответствовал больший расход сточных вод. Учитывая, что на прилегающем к левому берегу участке русла шириной 150 м (при общей ширине русла 570 м) в створе выпуска проходит 10% руслового расхода, расположение рассеивающего выпуска на мелководье у левого берега нецелесообразно, так как малые скорости способствуют образованию водоворотных зон с высоким содержанием сточных вод.
Рабочие чертежи выпуска разработаны ГПИ «Укрводока-налпроект». По трубопроводу диаметром 400 мм в каждую эжектирую.щую трубу диаметром 2,5 м и длиной 25 м подводится струя сточных вод. При выходе из насадки во входной части трубы создается разрежение, и вода засасывается из водохранилища для получения необходимого эффекта смешения.
Выпуски сточных вод в море могут быть нескольких типов. Береговые выпуски или мелководные производят обычно на глубине до 10 м при расстоянии от берега до нескольких сотен метров. Донные выпуски осуществляют на глубину до 100 м; расстояние от берега может быть различным в зависимости от рельефа дна. Так, для Балтийского моря такой выпуск должен быть удален от берега на 50 км (до выхода на 100 метровую глубину); для Черного моря это расстояние несколько меньше, но также до выхода на глубину не менее 100 м. Глубоководные выпуски осуществляют на глубину более 100 м.
Рекультивация земель производится на основании проектов, разрабатываемых проектными организациями министерств и ведомств, осуществляющих указанные работы. Проект консервации и рекультивации накопителей должен составляться одновременно с проектом сооружения на основании, материалов изысканий с учетом климатических особенностей района, эффективного использования рекультивируемых земель в народном хозяйстве и характера осуществляемых противофильтрационных и дренажных устройств. Намеченный первоначально комплекс защитных мероприятий уточняется на основании данных натурных наблюдений за окружающей средой в зоне расположения накопителя в период его эксплуатации. При консервации и рекультивации накопителей возникает необходимость в защите накопителей от пыления и защите поверхности накопителей от вод поверхностного стока и атмосферных осадков.
В последние годы в связи с трудностями очистки и утилизации огромных объемов промстоков предпринимаются попытки решить эту проблему, используя подземное захоронение жидких отходов промышленных предприятий.
Предварительные гидрогеологические исследования обоснования подземного захоронения промышленных стоков должны планироваться и осуществляться на основе районирования территории по условиям подземного захоронения сточных вод. Это способствует более эффективному и целенаправленному их проведению. Исследования выполняются для технико-экономического обоснования возможности подземного сброса промстоков в конкретных условиях района изучаемого объекта при минимальных затратах средств и ‘труда. Исследования выполняют на основе технического задания, выдаваемого заинтересованной организацией. В задании должны быть освещены следующие вопросы: количество промстоков, которые необходимо захоронить; продолжительность захоронения; общая минерализация, плотность, химический и газовый состав, вязкость, температура, токсичность, наличие механических примесей и другие характеристики промстоков; условия транспортировки стоков к месту закачки; сроки проведения изысканий. ..
Необходимость решения вопросов охраны природных ресурсов возникает уже на самой первой стадии создания накопителей жидких и твердых отходов поверхностного и подземного типов.