способ очистки загрязненных территорий

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ , заключающийся в пеpеpаботке анаэpобными бактеpиями выpосшей на загpязненном участке теppитоpии пpодукции живых оpганизмов, усваивающих и накапливающих загpязняющие вещества, с получением биогаза и загpязненных ила и воды, отличающийся тем, что выбиpают и подготавливают участки теppитоpии, где pазмещают загpязненные ил и воду и выpащивают на них живые оpганизмы, усваивающие и накапливающие загpязняющие вещества, убиpают пpодукцию этих оpганизмов и подвеpгают пеpеpаботке анаэpобными бактеpиями, в pезультате получают биогаз и загpязненные ил и воду, котоpые pазмещают на выбpанных участках теppитоpии, циклы pабот по выpащиванию, убоpке и пеpеpаботке повтоpяют до тех поp, пока концентpации загpязнений на очищаемом участке теppитоpии не достигнут пpедельно допустимых или заданных значений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стpоят сооpужения, пpепятствующие pаспpостpанению загpязняющих веществ в окpужающую сpеду, и используют их для pазмещения загpязненных ила и воды и выpащивания живых оpганизмов, усваивающих и накапливающих загpязняющие вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране природы, направлено на восстановление природных ресурсов и окружающей среды и может быть использовано для устранения ее загрязнений тяжелыми металлами и радиоактивными элементами.

Аналогом является способ выведения изотопов цезия из мяса, предложенный специалистами Института эволюционной морфологии и экологии животных имени А. Н. Северцова [1] . Мясо кабанов, добытых в Белоруссии, нарезанное кусками по 50-110 г, помещали в водный раствор поваренной соли (40 г на литр) и уксусной кислоты. Условия эксперимента были различны: в одном случае раствор не меняли сутки, в другом заменяли свежим через несколько часов, в третьем раствор содержал одну поваренную соль и т. п. Во всех вариантах через сутки содержание изотопов цезия уменьшалось на 92-98% , причем регулярная смена раствора увеличивала вывод цезия до 99,3% . Измельчение мяса до фракций 4-5 г дало еще более сильный эффект: в промороженной говядине при смене раствора каждые 3 ч содержание радионуклидов через 15 ч снизилось в 300 раз. Мясо при этом не теряет своих питательных качеств.

Недостатком аналога является то, что для выведения радионуклидов цезия из мяса требуется значительное количество водного раствора поваренной соли и уксусной кислоты. Следовательно, для устранения загрязнений радионуклидами цезия территорий посредством выращивания на них мяса и последующего помещения его в водный раствор поваренной соли и уксусной кислоты требуются значительные количества воды, поваренной соли и уксусной кислоты. В аналоге отсутствуют рекомендации по дальнейшему использованию водного раствора поваренной соли и уксусной кислоты, в котором содержится радиоактивный цезий. Кроме того, аналог не дает рекомендаций по выведению из мяса радионуклидов стронция, плутония и других элементов, которые в нем могут содержаться.

Другим аналогом является пиролиз отходов установкой австрийской фирмы "Фест-Альпике" [2] . Установка способна за год переработать 100000 т мусора в тепло, горючий газ и в материал для дорожного покрытия.

Недостатком способа переработки отходов посредством пиролиза является высокая температура процесса, до 1600^оС. При этой температуре все загрязняющие вещества обладают высокой упругостью пара. Если перерабатывать на установке фирмы "Фест-Альпине" отходы, содержащие радиоактивные вещества, то все продукты пиролиза, включая и горючий газ, могут содержать в себе эти вещества.

За прототип принят способ переработки анаэробными бактериями бытовых и производственных твердых отходов на свалках [3] . Состав попадающих на свалки твердых отходов чрезвычайно разнообразен. Исследования химического состава отходов показали, что фракция, подвергающаяся биодеградации, увеличиваясь с течением времени, к моменту изучения вопроса достигла приблизительно 70% от общего количества твердых отходов. В частности, на свалки почти полностью поступает трава, скошенная с газонов городских улиц, ее нельзя использовать в качестве корма для скота, так как в процессе своего роста она усваивает и накапливает присутствующие в почве и воздухе городских улиц загрязняющие вещества. По этой же причине почти полностью поступает на свалки листовой и веточный спад с деревьев и кустарников, которые растут вдоль городских дорог, в парках и скверах. Все существующие типы свалок являются по сути биореакторами, в которых происходит разложение сложных химических соединений до простых под влиянием микронаселения свалок. Анаэробная стадия разложения происходит под влиянием анаэробных бактерий. В результате их жизнедеятельности образуются биогаз, обладающий топливными свойствами и иногда утилизируемый, вода, которая становится частью так называемых фильтрующихся в почву вод и ил, в состав которого входят неподдающиеся биодеградации органические и неорганические соединения, минеральные не летучие продукты жизнедеятельности бактерий и биомасса бактерий.

Недостатком прототипа является то, что почти не утилизируется фильтрующая в почву вода. Иногда ее рециркулируют сквозь массу твердых отходов посредством поверхностного орошения или введением в глубь массы отходов, что ускоряет процесс биодеградации и способствует осаждению сульфидов тяжелых металлов. Дальнейшая утилизация воды наталкивается на необходимость ее очистки от опасных и токсичных загрязнений, что представляет собой сложную задачу.

Другим недостатком прототипа является то, что совсем не утилизируется ил, несмотря на то, что его объем и масса значительно меньше объема и массы поступающих на свалку твердых отходов. Уменьшение объема и массы происходит вследствие образования биогаза, наиболее утилизируемого продукта анаэробной переработки. Максимальный теоретический выход метана составляет 0,266 м³/кг сухих твердых отходов. Если принять молярное соотношение метана и диоксида углерода в биогазе равным 2,5: 1, то выход биогаза составит приблизительно 0,4 м³/кг сухих твердых отходов. Учитывая то, что 1 м³ биогаза имеет массу, приблизительно равную 1 кг, можно заключить, что из одного килограмма сухих твердых отходов, поступающих на свалку, образуется 0,4 кг утилизируемого биогаза и 0,6 кг воды и ила, которые не утилизируются.

Недостатком прототипа является и то, что количество опасных и токсичных веществ в объеме свалки с течением времени уменьшается за счет того, что они растворяются фильтрующейся в почву водой и с ней снова поступает в окружающую среду. В то же время концентрация этих веществ в объеме свалки может увеличиваться за счет образования утилизируемого биогаза.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является очистка территорий от загрязняющих веществ, не поддающихся биодеградации и поддающихся с малой скоростью, к которым относятся тяжелые металлы, устойчивые токсичные органические вещества, радиоактивные элементы.

В результате осуществления изобретения могут быть достигнуты повышение биологической продуктивности территории, очищаемой от загрязнений, увеличение количества извлекаемых утилизируемых веществ, повышение экономической эффективности, локализация загрязняющих веществ.

Изобретение характеризуется общим с прототипом признаком, заключающимся в переработке анаэробными бактериями выросшей на загрязненном участке территории продукции живых организмов, усваивающих и накапливающих загрязняющие вещества, с получением биогаза и загрязненных ила и воды.

Изобретение характеризуется следующими отличительными от прототипа признаками: выбирают и подготавливают участки территории, где размещают загрязненные ил и воду и выращивают на них живые организмы, усваивающие и накапливающие загрязняющие вещества, убирают продукцию этих организмов и подвергают переработке анаэробными бактериями, в результате получают биогаз и загрязненные ил и воду, которые размещают на выбранных участках территории. Циклы работ по выращиванию, уборке и переработке повторяют до тех пор, пока концентрации загрязнений на очищаемом участке территории не достигнут предельно допустимых или заданных значений, строят сооружения, препятствующие распространению загрязняющих веществ в окружающую среду, и используют их для размещения загрязненных ила и воды и выращивания живых организмов, усваивающих и накапливающих загрязняющие вещества.

Сущность изобретения, выраженная в совокупности существенных признаков, основывается на известном свойстве живых организмов усваивать и накапливать вещества, содержащиеся во внешней питательной среде, в том числе и загрязняющие вещества, которые в ней могут находиться. Количественно это свойство определяется коэффициентом накопления, равным отношению концентраций вещества в организме и внешней среде. Например, в [4] приведены значения коэффициентов накопления плутония в некоторых морских организмах, в водорослях он меняется от 1000 до 9000, в планктоне равен 2300, в морских звездах - 1000. Наземные растения усваивают плутоний через корневую систему и накапливают его до 0,01% от своей массы. Выросшие на загрязненной территории живые организмы, накопив в себе загрязняющие вещества, тем самым уменьшили их содержание во внешней питательной среде. Если собрать продукцию этих организмов и загрязненные бытовые и производственные отходы населения, проживающего на загрязненном участке территории, как субстрат переработать в анаэробном биореакторе, то в результате загрязняющие вещества концентрируются в образовавшихся воде и иле, состоящем из фракции субстрата, неподвергшийся биодеградации и выращенной биомассе анаэробных бактерий. Для получения более высоких концентраций загрязняющих веществ на полученных иле и воде можно выращивать живые организмы, усваивающие и накапливающие загрязнения, также перерабывать их продукцию анаэробными бактериями и так далее.

Биологическая продуктивность загрязненной территории может быть очень низкой, даже если продукция выросших на ней растений и животных будет большой, так как нельзя эту продукцию использовать из-за наличия в ней, например, радиоактивных загрязнений. Предлагаемый способ позволяет повысить биологическую продуктивность территории и полностью восстановить ее, так как позволяет достигнуть на ней предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и даже уровней их естественного содержания последовательными операциями выращивания живых организмов, уваивающих и накапливающих загрязняющие вещества, уборки и анаэробной переработки их продукции. С каждым новым циклом выращивание - уборка - анаэробная переработка биологическая продуктивность очищаемой территории повышается, так как выращиваемая на ней продукция становится все более пригодной к использованию. Биологическая продуктивность очищаемой территории повышается также за счет использования анаэробной переработки продукции живых организмов, так как в процессе ее образуется биогаз, который не содержит загрязняющие вещества, и поэтому его можно почти полностью утилизировать. Удельный выход биогаза можно ожидать большим, чем выход при анаэробной переработке бытовых и производственных твердых отходов на свалках, равный 0,4 м³/кг сухих твердых отходов, поскольку фракция продукции живых организмов, подвергающаяся биодеградации, больше соответствующей фракции бытовых и производственных твердых отходов.

Увеличение количества извлекаемых утилизируемых веществ достигается тем, что не используемые в прототипе ил и вода, содержащие загрязнения, по предлагаемому способу снова включаются в воспроизводство живых организмов.

Повышение экономической эффективности в предлагаемом способе достигается за счет повышения биологической продуктивности очищаемой территории.

Локализация загрязняющих веществ в предлагаемом способе достигается тем, что выбирают и подготавливают участки территории для размещения загрязненных ила и воды таким образом, чтобы свести к минимуму распространение загрязнений с этих участков в окружающую среду. Кроме того, локализация загрязняющих веществ в предлагаемом способе достигается тем, что строят сооружения, препятствующие распространению загрязняющих веществ в окружающую среду, и используют их для размещения загрязненных ила и воды и выращивания живых организмов, усваивающих и накапливающих загрязняющие вещества.

Предлагаемый способ позволяет одновременно уменьшать содержание всех загрязняющих веществ, присутствующих на очищаемой территории, благодаря известному свойству живых организмов усваивать в той или иной мере все, что находится во внешней питательной среде. В способе может быть также использована способность некоторых живых организмов усваивать преимущественно какое-либо конкретное загрязняющее вещество.

Достоинством предлагаемого способа является то, что он позволяет ввести разные условия труда для работающих на выбранных участках территории для размещения ила и воды установлением разных предельных концентраций загрязняющих веществ на этих участках. Установление разных предельных концентраций загрязняющих веществ на участках территории, выбранных для размещения ила и воды, позволяет рассматривать каждый из них по отношению к другим с большими предельными концентрациями как очищаемый от загрязняющих веществ по предлагаемому способу.

В предлагаемом способе отсутствуют операции, которые сами по себе могут причинить вред окружающей среде, такие, например, как сжигание продукции живых организмов.

На чертеже представлен вариант схемы, поясняющей предлагаемый способ очистки загрязненных территорий.

На схеме изображены загрязненный участок территории 1, участки 2, 3, 4, выбранные и подготовленные для размещения загрязненных ила и воды, сооружения 5 для переработки анаэробными бактериями выросшей продукции живых организмов, осушители 6 биогаза, запорно-регулирующая арматура 7, коллектор 8, компрессор 9, накопитель 10 биогаза, трубопровод 11 к потребителям биогаза, сооружения 12 для размещения загрязненных ила и воды и выращивания живых организмов.

Очистку загрязненной территории по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Выросшую на загрязненном участке территории 1 продукцию живых организмов, усваивающих и накапливающих загрязняющие вещества, а также бытовые и производственные отходы населения, проживающего на этом участке территории, убирают и подвергают переработке анаэробными бактериями в сооружениях 5. В результате получают биогаз и загрязненные ил и воду. Обладающий топливными свойствами биогаз сушат в осушителях 6, через запорно-регулирующую арматуру 7 напускают в коллектор 8, компрессором 9 нагнетают в накопитель 10 биогаза и по трубопроводу 11 подают к потребителям. Выбирают и подготавливают участки 2, 3, 4 для размещения загрязненных ила и воды, при этом руководствуются требованиям защиты от загрязняющих веществ окружающей среды и прежде всего требованиями защиты грунтовых вод. Строят сооружения 12, препятствующие распространению загрязняющих веществ в окружающую среду. Полученные загрязненные ил и воду размещают на участках 2, 3, 4 и (или) в построенных сооружениях 12 и выращивают на них живые организмы, усваивающие и накапливающие загрязняющие вещества. Убирают продукцию этих организмов и подвергают переработке анаэробными бактериями в сооружениях 5, в результате получают загрязненные ил и воду, которые размещают на выбранных участках 2, 3, 4 и (или) в сооружения 12, и биогаз, который утилизируют. (56) 1. Ильенко А. , Крапивко Т. Соль против цезия. Наука и жизнь, N 11, с. 32, М. : Правда, 1990.

2. Руденко Б. На обочине цивилизации. Наука и жизнь, N 11, с. 76, М. : Правда, 1990.

3. Форстер К. Ф. , Вейза Д. А. Экологическая биотехнология. С. 144-165, с. 49, Л. : Химия, 1990.

4. БСЭ, т. 20, с. 55, ст. Плутоний, М. : Советская энциклопедия, 1975.