Lietuvos žemės ūkio unuversitetas

Transkriptas

1 0

2 ALEKSANDRO STULGINSKIO UNIVERSITETAS Žemės ūkio inžinerijos fakultetas Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedra Jūratė Nadzeikienė Aplinkos apsaugos inžinerija Mokomoji knyga AKADEMIJA

3 UDK :504.6 (075.8) Jūratė Nadzeikienė Aplinkos apsaugos inžinerija Mokomoji knyga Recenzavo: doc. dr. Ričardas Butkus, Aleksandro Stulginskio universitetas doc. dr. Eglė Jotautienė, Aleksandro Stulginskio universitetas Aprobuota: Aleksandro Stulginskio universiteto Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedroje , protokolo Nr Aleksandro Stulginskio universiteto Žemės ūkio inžinerijos fakulteto tarybos metodinėje komisijoje , protokolo Nr. 81 Aleksandro Stulginskio universiteto metodinėje komisijoje , protokolo Nr. 49 Viršelį kūrė Danguolė Raudonienė Kalbą redagavo Laima Jonikienė Leidinio išleidimas paremtas projekto Lietuvos žemės ūkio universiteto pirmosios studijų pakopos programų atnaujinimas (projekto kodas Nr. VP1-2.2-ŠMM-07-K ), finansavimo ir administravimo sutarties Nr. VP1-2.2-ŠMM-07-K lėšomis. ISBN Jūratė Nadzeikienė, 2012 Aleksandro Stulginskio universitetas,

4 PRATARMĖ Lietuva, kaip ir visos Europos Sąjungos šalys, pripažįstančios ir besivadovaujančios 150 šalių atstovų 1992 metais pasirašyta Rio de Žaneiro deklaracija dėl aplinkos apsaugos ir plėtros, stengiasi įgyvendinti subalansuotos plėtros siekius. Viena iš subalansuotos plėtros įgyvendinimo priemonių yra visuomenės aplinkosauginis švietimas, kečiantis žmonių požiūrį į aplinkos apsaugos klausimus, būsimųjų žemės ūkio, inžinerijos specialistų žinių, gebėjimų ir atsakomybės ugdymas sveikos aplinkos išsaugojimo klausimais. Siekiant studijų kokybės atnaujinamos studijų programos, stiprinamas studijų metodinis aprūpinimas. Mokomoji knyga,,aplinkos apsaugos inžinerija paruošta pagal Aleksandro Stulginskio universiteto pirmosios studijų pakopos atnaujinimo projektą (kodas Nr. VPI-2.2-ŠMM-07-K ). Jos paskirtis yra suteikti žinių apie inžinerines priemones ir jų panaudojimą, sprendžiant aplinkos apsaugos klausimus agrariniame sektoriuje. Mokomosios knygos įvade aptariama aplinkosaugos istorinė raida, šiuolaikinės aplinkos apsaugos problemos. Pirmajame skyriuje glaustai aprašoma gamtos ir aplinkos apsaugos bei jos taršos samprata, antrajame skyriuje plačiau analizuojami atmosferos apsaugos klausimai, susiję su žemės ūkio gamybos technologijų: deginamo kuro, karvidžių, metalų suvirinimo, medienos apdirbimo, akumuliatorių priežiūros ir remonto, kalvystės darbų keliama tarša, apžvelgiami būdingi mechaninių ir dujinių teršalų iš oro valymo būdai, įrenginiai ir aparatai. Trečiajame skyriuje pateikiamos pagrindinės žinios apie vandens išteklius, jų naudojimą, taršą bei nuotekų valymo būdus ir įrenginius. Ketvirtajame skyriuje pateikiamos glaustos žinios apie dirvožemį, jo taršą ir apsaugos būdus bei technologijas. Atliekų tvarkymo, aplinkosaugos vadybos ir kiti aplinkosaugos klausimai leidinyje neanalizuojami dėl knygos ribotos apimties ir šių klausimų pateikimo kituose minėto projekto leidiniuose. Mokomoji knyga skirta Aleksandro Stulginskio universiteto pirmosios studijų pakopos Bendrosios agroinžinerijos studijų programos studentams dalyko Aplinkosaugos inžinerija studijoms, tačiau ja gali naudotis ir Universiteto kitų studijų programų bei kitų aukštųjų mokyklų studentai. Knygos autorė dėkoja projekto rėmėjams už finansinę paramą, recenzentams doc. dr. Ričardui Butkui, doc. dr. Eglei Jotautienei, kolegoms už pareikštas pastabas, dalykiškus patarimus, knygos redaktorei, dizainerei ir leidėjams. Pastabas ir pasiūlymus autorė prašo siųsti adresu: Jūratė Nadzeikienė, Profesinės saugos ir inžinerijos vadybos katedra, Studentų g. 15b, LT Akademija, Kauno raj., tel. (8-37) , el. paštas: 3

5 TURINYS ĮVADAS APLINKOS APSAUGOS APIBŪDINIMAS Aplinkos apsaugos samprata Aplinkos tarša, taršos šaltiniai ir teršalai ATMOSFEROS APSAUGA Deginamo kuro sukeliama aplinkos oro tarša Mašinų, turinčių vidaus degimų variklius, sukeliama aplinkos oro tarša Teršalų susidarymas žemės ūkio gamybos procesuose Mechaninių teršalų valymas iš oro Kietųjų dalelių, dulkių ir aerozolių charakteristika Oro apsauga nuo kietųjų dalelių (dulkių) Dulkių (kietųjų dalelių) gaudytuvai Šlapieji dulkių valymo iš dujų (oro) metodai ir aparatai Cheminių teršalų valymas iš oro Absorbcinis dujų valymas Adsorbcinis dujų valymas Terminis dujinių teršalų nukenksminimas Biologinis dujų nukenksminimas HIDROSFEROS APSAUGA Vandens ištekliai, savybės ir reikšmė Vandenų klasifikacija ir tarša Vandens naudojimo mažinimas technologiniuose procesuose Geriamojo vandens kokybės gerinimas Nuotekų valymas Nuotekų apibūdinimas Nuotekų šalinimo ir valymo būdai Mechaninis nuotekų valymas Biologinis nuotekų valymas pusiau gamtinėmis sąlygomis Biologinių nuotekų valymas dirbtinėmis sąlygomis DIRVOŽEMIO APSAUGA Dirvožemio ištekliai, sudėtis ir reikšmė Dirvožemio savybės Dirvožemio tarša, žalojimas, naikinimas ir degradacija Dirvožemio erozija Dirvožemio apsaugos nuo erozijos priemonės Pažeistų žemių rekultivacija Užteršto dirvožemio valymas INFORMACIJOS ŠALTINIŲ SĄRAŠAS

6 ĮVADAS Po Antrojo pasaulinio karo ir šiame šimtmetyje labai padidėjo prieštaravimai tarp žmonijos materialinių poreikių ir biosferos. Intensyvėjant gamtos išteklių naudojimui, augant pramonei, energetikai, transportui, žemės ūkiui ir kitoms ūkio šakoms, gamta vis labiau niokojama, teršiamos žmonių gyvenamoji, poilsio ir darbo aplinkos. Šiuolaikinis mokslas, technika ir technologijos stengiasi patenkinti didėjančius žmonijos poreikius, tačiau tuo pačiu kelia kritinę situaciją tarp gamtos ir žmogaus. Žmogus supranta galimas šios situacijos liūdnas pasekmes, ieško būdų ir priemonių jai normalizuoti m. spalio 25 d. įkurtoji Jungtinių Tautų Organizacija (JTO) 1945 m. lapkričio 16 d. įsteigė UNESCO (Jungtinių Tautų Organizacijos švietimo, mokslo ir kultūros organizaciją), kurios būstinė nuo 1958 m. lapkričio 3 d. yra Paryžiuje. UNESCO iniciatyva 18 vyriausybių, 7 tarptautinės organizacijos ir 107 nacionalinės gamtosaugos organizacijos 1948 m/ spalio 15 d. Steigiamąjį aktą dėl IUCN (International Union for Conservation Nature and Natural Resources) įkūrimo, kuri rūpinasi gamtos biologine įvairove, klimato kaita, tvariąja energija, žaliąja ekonomika, žmogaus gerove m. buvo sukurtas Romos klubas tarptautinė savarankiška organizacija, kurios veikla atspindėjo didelį susirūpinimą aplinkos būkle ir civilizacijos plėtros perspektyva. Anksčiau ir dabar plėtojama daug tarptautinių programų, kuriose pateikiami aplinkos apsaugos pagrindiniai principai m. vasarą Stokholme įvyko JTO konferencija (žinoma kaip Stokholmo konferencija) dėl žmogaus aplinkos. Joje buvo nagrinėjamas aplinkos poveikis žmonijos sveikatingumui, sukurta Aplinkos valdymo taryba m. Monrealyje pasirašytas protokolas Dėl ozono sluoksnį ardančių medžiagų naudojimo sumažinimo m. buvo pasirašyta Verslo chartija harmoningai plėtrai (ICC), kurioje fiksuojama 16 aplinkosaugos vadybos principų m. Rio de Žaneire įvyko Jungtinių Tautų (JT) aplinkos apsaugos ir plėtros konferencija (Žemės pasitarimas). Joje daugiau kaip 150 valstybių atstovų (tarp jų ir Lietuvos) pasirašė deklaraciją dėl aplinkos ir plėtros bei Darbotvarkę XXI amžiui tarptautinę strategiją siekiant subalansuotos plėtros. Subalansuota plėtra ilgalaikė, nuolatinė visuomenės plėtra, siekiant tenkinti žmonijos poreikius dabar ir ateityje, racionaliai naudojant bei papildant gamtos išteklius, išsaugant Žemę ateities kartoms m. pasirašytas Kioto protokolas dėl šiltnamio efektą sukeliančių dujų naudojimo m. įvykusiame Žemės viršūnių susitikime buvo pasirašyta Johanesburgo deklaracija dėl subalansuotos plėtros veiksmų plano įgyvendinimo m. įvyko Jungtinių Tautų klimato kaitos konferencija, visuotinai žinoma kaip Kopenhagos viršūnių susitikimas, siekiant sukurti veiksmingą pasaulinę anglies dvideginio rinką. 5

7 Aplinkos apsaugos klausimai aktualūs ir mūsų Valstybėje. Lietuvos Respublikos Konstitucijos 53 str. įtvirtina bendrą Valstybės ir kiekvieno asmens pareigą saugoti aplinką nuo kenksmingų poveikių, o 54 str. numato pagrindines šios pareigos realizavimo kryptis. Konstitucijoje pabrėžiama, kad Valstybė rūpinasi natūralios gamtinės aplinkos, gyvūnijos ir augalijos, atskirų gamtos, ypač vertingų vietinių objektų apsauga, prižiūri, kad saikingai būtų naudojami, atkuriami ir gausinami gamtos ištekliai. Lietuvoje žmogaus ir gamtos santykiai pradėti reguliuoti karaliaus Kazimiero 1468 metų teisyne nustatyta bebrų gaudymo tvarka. Pirmajame Lietuvos Statute (1529 m.) yra straipsnių, reguliuojančių laukinių žvėrių medžioklę, draudžiančių svetimuose vandenyse gaudyti žuvis. XVI a. pradėta rūpintis miškų apsauga. Tarpukario Lietuvoje įstatymų aktai reguliavo medžioklę ir žūklę m. Juozo Tumo-Vaižganto iniciatyva buvo įsteigta Lietuvai pagražinti draugija. Kiek vėliau susikūrė visuomeninė Gamtos mylėtojų draugija. Pokario metais aplinkos apsaugos klausimus sprendė Valstybinis gamtos apsaugos komitetas, o rajonuose Valstybinės gamtos apsaugos inspekcijos, Gamtos apsaugos komisijos. Šiuo metu pagrindinis rūpestis gamtos ir aplinkos apsauga yra pavestas Lietuvos aplinkos ministerijai, aplinkos apsaugos rajoniniams departamentams, Aplinkos ministerijos pavaldžioms institucijoms ir tarnyboms. Ūkinius subjektus ir gyventojus rūpintis aplinkos apsauga įpareigoja Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos, aplinkos oro apsaugos, aplinkos monitoringo ir kiti įstatymai bei norminiai aktai. Apsaugoti aplinką vien teisiniais, norminiais aktais, vadybinėmis priemonėmis ir visuomenės tinkamu dėmesiu aplinkai neįmanoma. Be šių priemonių, svarbiausią reikšmę turi ekonominės investicijos ir inžinerinės priemonės. Pastarąsias priemones projektuoja, įgyvendina ir naudoja aplinkos apsaugos specialistai bei įmonių vadovai. Šie asmenys kompetenciją aplinkos apsaugos klausimais įgyja studijuodami aplinkos apsaugos, aplinkos apsaugos inžinerijos ir kitus gamtosauginius bei techninius dalykus. Aplinkos apsaugos inžinerija yra techninių priemonių sistema, skirta aplinkos kokybei užtikrinti. Sprendžiant aplinkos apsaugos inžinerinius klausimus agrariniame sektoriuje pasigendama metodinės mokomosios literatūros, todėl šios mokomosios knygos tikslas suteikti studijuojantiems žinių apie aplinkos taršą, jos poveikį aplinkai ir žmonėms, apie aplinkos apsaugos būdus ir inžinerines priemones bei ugdyti gebėjimą parinkti techninius sprendimus aplinkosaugos srityje. 6

8 1. APLINKOS APSAUGOS APIBŪDINIMAS 1.1. Aplinkos apsaugos samprata Žmogus sąvoką aplinka suvokia įvairiai, nes ji yra plati ir daugialypė. Žmogų supa gamtinė, gyvenamoji, darbo, socialinė ir kitos aplinkos. Žmogus sąveikauja su biosfera, technosfera, noosfera. UNESCO aplinką apibrėžia dvejopai. Siaurąja prasme aplinka suprantama kaip erdvė, kurioje žmogus gyvena, dirba ir ilsisi, o plačiąja prasme kaip žmogaus egzistavimo sfera, susidedanti iš gamtos, antropogeninių (žmogaus sukurtų) objektų ir visuomenės. Pagal UNESCO priimtą apibrėžimą aplinka tai pasaulio dalis, kurią žmogus naudoja, joje veikia ir prie kurios prisitaiko. Ją sudaro įvairiai sąveikaujantys gyvosios ir negyvosios gamtos elementai, jų įvairovė. Pagal Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos įstatymą (LR AAĮ, 2010) aplinka apibrėžiama kaip gamtoje funkcionuojanti tarpusavyje susijusių elementų (žemės paviršiaus ir gelmių, oro, vandens, dirvožemio, augalų, gyvūnų, organinių ir neorganinių medžiagų, antropogeninių komponentų) visuma bei juos vienijančios natūraliosios ir antropogeninės sistemos. Žmogus, būdamas gyvosios gamtos subjektu, aplinką dažnai suvokia kaip biosferą, technosferą ir noosferą. Biosfera Žemės rutulio paviršiaus dalis, kurioje gyvena organizmai, ekosistemų visuma. Tai dirvos (litosferos), vandens (hidrosferos) ir oro (atmosferos) sluoksniai, kuriuose egzistuoja gyvybė. Technosfera žmogaus veiklos iš pagrindų paveikta (įrengiant techninius ar technologinius objektus) biosferos dalis. Noosfera Žemės planetos ir ją supančios erdvės dalis, kurioje reiškiasi žmogaus veikla. Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos įstatymas aplinkos apsaugą charakterizuoja kaip aplinkos saugojimą nuo fizinio, cheminio, biologinio bei kitokio neigiamo poveikio, atsirandančio naudojant gamtos išteklius. Plačiąja prasme aplinkos apsauga tai visuomenės ir valstybės priemonių, užtikrinančių harmoningą visuomenės ir aplinkos sąveikos raidą, visuma. Aplinkos apsaugos prasmė yra platesnė, nei gamtos apsaugos, nes ji apima ne tik ekologines, gamtos turtų tausojimo problemas, bet ir visus tuos aplinkos klausimus, kurių spendimas dabar, tuo labiau ateityje, garantuoja žmogui normalią egzistenciją, komfortišką būtį ir materialinę bei dvasinę visuomenės raidą. Gamtos apsauga priemonių sistema sąveikai tarp žmogaus veiklos ir gamtinės aplinkos palaikyti. Ji padeda racionaliai naudoti ir atkurti gamtinius išteklius, saugoti gamtą ir žmonių sveikatą nuo kenksmingų tiesioginio ar netiesioginio ūkinės veiklos poveikio padarinių. Gamtos apsauga apsiriboja žmogaus ir gamtinės aplinkos santykių organizavimu, bet nesprendžia klausimų, susijusių su antropogenizuotos gamtinės aplinkos poveikio žmogaus vystymuisi pasekmėmis. Aplinkos apsaugos inžinerija (AAI) yra aplinkos apsaugos mokslo šaka, analizuojanti technologines, 7

9 technines, urbanistines ir organizacines priemones aplinkos apsaugai užtikrinti. AAI yra glaudžiai susijusi su inžinerine ekologija, ekologine teise, vadyba ir kitais gamtosauginiais mokslais Aplinkos tarša, taršos šaltiniai ir teršalai Aplinkos tarša apibrėžiama įvairiai. Aplinkos tarša žmonių veiklos sukeliamas medžiagų, virpesių, šilumos arba triukšmo tiesioginis arba netiesioginis išmetimas į orą, vandenį ar žemę, kas gali kenkti žmogaus sveikatai arba aplinkai, daryti žalą materialiniam turtui arba kenkti arba sudaryti nepatogumus ir daryti kitokią neigiamą įtaką įteisintam naudojimuisi aplinka (TIPK TAISYKLĖS, 2009). Lietuvos Respublikos vandens įstatymo pakeitimo ir papildymo įstatyme (LR VANDENS ĮSTATYMAS, 2009) nurodoma, kad tarša tai žmogaus veiklos tiesioginis ar netiesioginis medžiagų ar energijos išleidimas į vandenį ar žemę, galintis turėti žalingą poveikį žmonių sveikatai ar ekosistemoms, dėl ko gali būti padaryta žala materialiniam turtui ir aplinkai. Taigi, aplinkos teršimas suprantamas kaip cheminiai, fiziniai ir biologiniai aplinkos ar atskirų jos komponentų pokyčiai, kurie neigiamai veikia žmogų ir kitus gyvus organizmus bei fizinius aplinkos komponentus. Aplinkos tarša (1.1 pav.) gali būti natūrali (gamtinė), antropogeninė, globalinė, regioninė, lokalinė, atmosferos, hidrosferos, dirvožemio, ūkinės veiklos. APLINKOS TARŠA GAMTINĖ Vulkanų išsiveržimai, miškų gaisrai, smėlio audros, augalų dulkės, druskų garavimas ir kt. Pagal aprėptį GLOBALINĖ Apima visą Žemės rutulį, gali keisti klimatą REGIONINĖ Teršalų migracija didelėse teritorijose, pvz., Černobylio, Fukušimos AE avarijos ANTROPOGENINĖ Žmogaus veikos transportas, energetika, pramonė, žemės ūkis, komunalinis ūkis, statybos ir kt. Pagal biosferos dalis ATMOSFEROS HIDROSFEROS DIRVOŽEMIO LOKALINĖ Kelios ar viena įmonė, užteršiančios miesto ar kitas teritorijas 1.1 pav. Pagrindinės aplinkos taršos rūšys 8

10 Triukšmo lygis, didesnis už foninį Sklindantys biosferoje mechaniniai virpesiai Pakitusios elektromagnetinės aplinkos savybės Pakitusi aplinkos temperatūra Sumažėjęs arba akinantis apšvietimas Didesnė už natūralų foną radiacija Teritorijoje daugėja teršalų Daugėja patogeninių ir naikinančių mikroorganizmų Aplinkos teršimą sąlygoja teršalų išmetimas, kuris Europos Parlamento ir Tarybos Direktyvoje 2008/1/EC (DIRECTIVE 2008/1/EC) apibrėžiamas kaip medžiagų, virpesių, šilumos arba triukšmo tiesioginis arba netiesioginis išleidimas iš įrenginio pavienių arba paskleistų šaltinių į orą, vandenį ar dirvą. Aplinka gali būti teršiama mechaniniais, cheminiais, fizikiniais, biologiniais ir vizualiniais būdais (1.2 pav.). Teršimas tik mechaninį poveikį aplinkai darančiais veiksniais Nusistovėjusių aplinkos cheminių savybių pakitimas Nepatrauklūs objektai ir jų deriniai kraštovaizdyje I. MECHANINIS II. CHEMINIS V. VIZUALINIS III. FIZIKINIS IV. BIOLOGINIS Triukšmas Vibracija Elektromagnetinės bangos Šiluma Šviesa Jonizuojančioji spiduliuotė Biotinis Mikrobiologinis 1.2 pav. Aplinkos teršimo būdai (ŠEŠELGIS K., 1991) Aplinkos taršos šaltinius galima skirstyti į gamtinius (natūraliuosius) ir antropogeninius (žmogaus veiklos). Gamtiniai šaltiniai gali būti išskirstytieji (pvz., kosminių dulkių iškritimas), trumpalaikiai (gaisrai, ugnikalnių išsiveržimai), ilgalaikiai (ultravioletinė, infraraudonoji Saulės spinduliuotė). Antropogeniniai taršos šaltiniai yra labai įvairūs. Pagrindiniais jų laikomi transportas, pramonė, energetika ir kiti. Transporto taršos šaltiniai išskiria apie % (UHEREK E. et al., 2010; EYRING V. et al., 2010), energetika 11 %, pramonė 27 % teršalų (BALTRĖNAS P. ir kt., 2008). Įvairios medžiagos, veiksniai ar objektai teršalais tampa tada, kai jų tam tikras kiekis aplinkoje sutrikdo energijos ir / ar medžiagų apykaitą tarp biotinės ir abiotinės aplinkos dalių ir kai gyviesiems organizmams kenksmingų medžiagų kiekis viršija aplinkos pajėgumą jas absorbuoti, sunaudoti ir / ar nukenksminti. 9

11 Teršalai gali būti klasifikuojami pagal įvairius kriterijus: kilmę, būvį, prigimtį, stabilumą, poveikį gyviems organizmams, gebėjimą migruoti ir kauptis aplinkoje, vartojimo paskirtį, šaltinį ir t. t. Pagal kilmę teršalai klasifikuojami analogiškai teršimo būdams, t. y. juos teršalus galima suskirstyti į: natūraliuosius (gamtinius), dirbtinius, o pagal prigimtį į cheminius, biologinius, fizikinius, vizualinius. Natūralieji teršalai tai dulkės, gaisrų ir ugnikalnių kietosios dalelės ir dujos, iš vandenynų išgaravusios druskos, žiedadulkės, vėjo pustomas dirvožemis ar kopų smėlis ir kt. Dirbtiniams teršalams priskiriamos cheminės medžiagos, gamybinės, žemės ūkio ir komunalinės atliekos, degimo produktai, užterštos nuotekos, jų dumblas ir kt. Cheminiai teršalai dažniausiai skirstomi į tokias stambias grupes: anglies, azoto ir sieros oksidai, kietosios dalelės dulkės, sunkieji metalai, aromatiniai angliavandeniliai, halogeninti angliavandeniliai, biogeninės medžiagos, naftos produktai, greitai yrančios organinės medžiagos, patvarūs organiniai junginiai, oksiduojančios medžiagos (ozonas ir kt.). Biologiniai teršalai dažniausiai susidaro agrariniame sektoriuje. Jiems priskirtini organinės kilmės dulkės bei atliekos, augalų kenkėjai, graužikai, kraujasiurbiai vabzdžiai, mikroorganizmai ir kt. Fizikiniams teršalams priskiriama perteklinė šiluma, triukšmas, vibracija, ultravioletinė spinduliuotė, akinanti šviesa, radioaktyvioji spinduliuotė ir kt. Atskira teršalų grupe išskiriami vadinamieji vizualiniai teršalai tai nepatrauklūs objektai ir jų deriniai kraštovaizdyje. Pagal agregatinį būvį teršalai būna: kietieji, skystieji, dujiniai, o pagal struktūrą: dujos, aerozoliai (dulkės, dūmai, rūkas), dalelės. Priklausomai nuo gamybos įvairovės į aplinką išskiriami skirtingi teršalai. Pavyzdžiui, mineralinių trąšų gamybos metu į aplinką patenka žaliavų dulkės, SO 2, NO x, NH 3, HF, HCl, neorganinių rūgščių aerozoliai, neorganinių atliekų dulkės; galvanikos procesų metu metalų druskų, rūgščių ir šarmų aerozoliai, lakūs organiniai junginiai; medžio ir metalo gaminių lakavimo, dažymo, klijavimo procesų metu lakūs ir nelakūs organiniai junginiai, pigmentų aerozoliai; gyvulininkystės objektai aplinką teršia kvapiosiomis medžiagomis, organinėmis dulkėmis, anglies dvideginiu, amoniaku, metanu ir kt.; traktorių, mašinų junginiai anglies, azoto oksidais, nesudegusiais angliavandeniliais, sukelia triukšmą, vibracijas, dulkes ir kt. Teršalai turi neigiamą poveikį biosferai (atmosferai, hidrosferai, litosferai), gyvajai gamtai (žmonėms, gyvūnams. augalams) ir materialinėms vertybėms. 10

12 2. ATMOSFEROS APSAUGA Žemės ūkio gamybos technologiniai procesai ir kaimo komunalinis ūkis aplinkos orą teršia mechaniniais, fizikiniais, cheminiais, biologiniais ir mišriais teršalais. Atmosfera kaimiškosiose vietovėse, kaip ir mieste, teršiama aerozoliais (dulkės, dūmai, rūkas), anglies junginiais (CO 2, CO, CH 4 ), sieros junginiais (SO 2, H 2 S), azoto junginiais (NO, NO 2, NO x ), žiedadulkėmis, mikroorganizmais ir kt. teršalais. Antropogeninę taršą kaimiškosiose gyvenvietėse kelia deginamas kuras, transporto priemonių ar suvirinamų metalų deginiai, soduose, šiltnamiuose bei javų laukuose išpurškiami ar išbarstomi agrochemikalai, fermose ir tvartuose pašarų dulkės, sieros vandenilis, amoniakas ir kt. Pavasarį ir vasarą, kai įdirbamos dirvos, pjaunami javai, atmosferos orą labiausiai teršia mobiliųjų mašinų deginiai, dulkės, o žiemą kūrenamų krosnių išmetamos dujos ir kietosios dalelės Deginamo kuro sukeliama aplinkos oro tarša Kaimo gyventojai buityje ar ruošdami gyvuliams pašarus sudegina nemažai kuro medienos, durpių, akmens anglių, mazuto, suskystintųjų dujų, šiaudų, degančių atliekų ir kitokio kuro. Degant kurui susidaro pelenai, anglies, sieros, azoto, vanadžio oksidų ir kitokios dujos. Apskaičiuojant sanitarinių apsaugos zonų pločius, parenkant oro valymo įrenginius būtina žinoti susidarančių teršalų kiekius. Lakiųjų pelenų (kietųjų dalelių) apskaičiavimas. Išmetamų lakiųjų pelenų kiekis (g/s), deginant kurą katilinėse ir krosnyse, apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991; DENAFAS G., 2000 a): M = 10 B A χ(1 η) g/s, (2.1) čia M p išmetamų lakiųjų pelenų kiekis g/s; B s sekundinis kuro sunaudojimas kilogramais kg/s (arba m 3 /s dujiniam kurui); A n kuro naudojamosios masės peleningumas % (2.1 lentelė); χ koeficientas, apibūdinantis degiųjų medžiagų kiekį šlake ir jų dalį lakiuosiuose pelenuose (2.2 lentelė); η lakiųjų pelenų gaudytuvų gaudymo laipsnis (nustatomas pagal gaudytuvų eksploatacines ar technines charakteristikas: kai yra valymo įrenginiai, η=0,97, kai deginamo kuro pelenai negaudomi, η=0). Kai kuro sąnaudos skaičiuojant imamos t/m arba g/s, tai formulė (2.1) bus tokio pavidalo: Tuomet M p kiekis bus išreikštas atitinkamai t/m arba g/s. 11 n M B A 1 t/m arba g/s. (2.2) p s

13 2.1 lentelė. Kai kurių kietojo ir skystojo kuro rūšių sudėtis ir energetinė vertė (DENAFAS G., 2000 a) Kuro rūšis Sudėtis % pagal masę Q ri C H S O N A W kj/kg Antracitas 76,4 1,5 1,7 1,3 0,8 13, Akmens anglis 62,4 3,8 3,6 4,3 1,1 18, Rusvoji anglis 29,1 2,2 2,9 8,7 0,6 23, Skalūnai 23,6 3,0 1,6 3,7 0,1 54,5 13, Durpės 30,9 3,2 0,2 17,8 1,3 6, Mediena 30,3 3,6 25,1 0,4 0, Orimulsija 60,0 7,5 2,7 0,2 0,5 0,25 30, Mazutas: sieringas mažai sieringas 83,4 10,0 2,9 0,2 0,2 0, ,4 10,2 0,5 0,4 0,2 0, Čia: A peleningumas, W drėgnis, Q ri energetinė vertė, C, H, S, O, N cheminiai elementai. 2.2 lentelė. Dydžių χ, q 3 ir q 4 reikšmės priklausomai nuo pakuros tipo ir kuro rūšies (DENAFAS G., 2000 a) Pakuros tipas Kuro rūšis χ, q 3 q 4 Nejudančios grotelės, rankinis Rusvoji ir akmens anglis 0,0023 0,5 6/3 kuro tiekimas Antracitas 0,0030 0,5 13,5/10 Nejudančios grotelės, pneumatinis Rusvoji ir akmens anglis 0,0026 0,5 6/3 kuro tiekimas Antracitas 0,0088 0,5 13,5/10 Judančios grotelės Antracitas 0,0020 0,5 13,5/10 Akmens anglis 0,0035 0,5 5,5/3 Šachtinė pakura Kietasis kuras 0, Malkos 0, Buitinių šilumos agregatų Rusvoji anglis 0, sluoksninės pakuros Akmens anglis 0, Antracitas 0, Kamerinės pakuros: garo ir vandens šildymo katilai, buitinės šilumos generatoriai Mazutas 0,010 0,03 0,5 Dujos 0,01 0,5 Gamtinės dujos 0,01 0,5 Krosninis kuras 0,010 0,03 0,5 Anglies viendeginio (CO) kiekio apskaičiavimas. Anglies viendeginio, pavojingo žmonių gyvybei, kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ŠVENČIANAS P., 1994): q 4 M CO CCO Bs 1 g/s, (2.3) 100 čia M CO anglies viendeginio kiekis dūmuose g/s; C CO anglies viendeginio kiekis, susidarantis deginant kietąjį, skystąjį ar dujinį kurą kg/t, kg/tūkst. m 3 ; B s kuro sunaudojimas kg/s, m 3 /s; q 4 šilumos nuostoliai dėl kuro nevisiško mechaninio sudegimo %, priklausantys nuo pakuros tipo ir kuro rūšies (2.1 lentelė). Parametras C CO apskaičiuojamas pagal formulę: 12

14 C CO n q3 R Qž kg/t (arba kg/tūkst. m 3 ), (2.4) 1013 čia q 3 šilumos nuostoliai dėl kuro nevisiško cheminio sudegimo % (šis dydis kiekvienam kūryklos tipui priklauso nuo kuro tiekimo ir maišymosi su oru pobūdžio (2.2 lentelė); R koeficientas, įvertinantis šilumos nuostolius dėl CO dujų buvimo dūmuose. Kietajam gabaliniam kurui R=1, dulkių pavidalo kietajam ir skystajam kurui 0,65, dujoms 0,5; n Q ž kuro naudojamosios masės žemutinė degimo šiluma kj/kg, kj/m 3. Kai kuro sąnaudos būna išreikštos t/m arba g/s, (2.1) formulė bus tokio pavidalo: q 4 M CO 0,001C COBs 1 t/m; g/s. (2.5) 100 Sieros dvideginio apskaičiavimas. Sieros junginių daugiausia yra iškastiniame kure. Deginant tokį kurą susidaro sieros dioksidas, kurio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ŠVENČIANAS P., 1994; DENAFAS G., 2000 a): M SO ' " 1 n B 1 2 s S SO2 g/s, (2.6) 20 SO čia M SO sieros dvideginio kiekis g/s; 2 B s kuro sąnaudos kg/s; S n sieros kiekis kuro naudojamojoje masėje % (2.2 lentelė); ' SO 2 sieros oksidų dalis, susijungianti su lakiaisiais pelenais katilo dūmuose. Šis 2 koeficientas priklauso nuo kuro rūšies ir jį galima priimti: akmens angliai 0,10; durpėms 0,15; skalūnams 0,80; mazutui 0,02; dujoms 0; " SO 2 kietųjų dalelių sulaikymo įrenginiuose sulaikoma SO 2 dalis. Sausi pelenų gaudytuvai (ciklonai, elektros filtrai), taip pat neutraliu vandeniu drėkinami " " skruberiai SO 2 praktiškai nesulaiko ir SO 2 = 0. Naudojant šarmingą vandenį SO 2 = 0,02 0,05. Kai yra valymo įrenginiai, priimama, kad " SO 2 = 0,97. Kai kuro sąnaudos išreikštos t/m arba g/s, tai (2.6) formulė turės pavidalą: M CO ' " 1 n,02b S 1 2 SO2 t/m; g/s. (2.7) 0 SO Azoto oksidų apskaičiavimas. Azoto oksidai deginant kurą susidaro esant aukštai temperatūrai. Iš pradžių susidaro azoto monoksidas NO, o esant pakankamai deguonies, jis virsta NO 2, kurio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991): 2 13

15 čia M NO2 n M,001 B Q K 1 t/m; g/s; tūkst. m 3 /m; m 3 /s, (2.8) 0 ž 2 NO2 NO azoto dioksido kiekis t/m, g/s, tūkst. m 3 /m, m 3 /s; B kuro sąnaudos t/m, g/s, tūkst.m 3 /m, m 3 /s; n Q ž kuro naudojamosios masės žemutinė degimo šiluma MJ/kg, kj/m 3 (2.1 lentelė); K NO 2 parametras, apibūdinantis susidarančių azoto oksidų kiekį tenkantį 1 GJ šilumos; β koeficientas, įvertinantis azoto oksidų susidarymo sumažėjimą dėl panaudotų techninių parametrų. Jei kuro sąnaudos imamos kg/s, formulė (2.8) yra modifikuota: n M B Q K 1 g/s. (2.9) NO Parametras K NO2 2 NO 2 pagal formulę (DENAFAS G., 2000 a): K 2, 5Q 84 ž, priklausantis nuo krosnies ar katilo galingumo, apskaičiuojamas f NO, (2.10) 2 Qn čia Q f vidutinis katilo (krosnies) našumas GJ/h; Q n nominalusis katilo (krosnies) našumas GJ/h. Deginant skystą ar dujinį kurą koeficientas β = 1,0, kai oro pertekliaus koeficientas α > 1,05; β = 0,9, kai α = (1,03 1,05); β = 0,75, kai α < 1,03. Deginant kietąjį kurą, β apskaičiuojamas pagal formules (DENAFAS G., 2000, I): β = 0,178+0,47N d, kai α 1,25; (2.11) β = (0,178+0,47)N d α/1,25, kai α 1,25. (2.12) čia N d azoto kiekis % kuro degiojoje masėje (2.1 lentelė); α oro pertekliaus koeficientas. Vanadžio pentoksido apskaičiavimas. Deginant mazutą, orimulsiją, jų pelenuose būna sunkiųjų metalų vanadžio oksidų (V 2 O 5 ), kurie labai padidina žalą aplinkai. V 2 O 5 kiekis apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G., 2000 a): čia M V 2 O5 M V O BGV 2O5 1 1 vanadžio pentoksido kiekis dūmuose t/m, g/s; B kuro sąnaudos t/m, g/s; G V 2 O 5 n s t/m, g/s, (2.13) vanadžio oksidų kiekis skystajame kure, perskaičiavus į V 2 O 5 g/t; η n vanadžio oksidų nusėdimo ant katilo šildomųjų paviršių koeficientas. Jei šildomieji paviršiai valomi katilą sustabdžius, koeficientas η n = 0,06, o kitais atvejais η n = 0; 14

16 η s suodžių dalis, sugaunama valymo įrenginiuose. Šis dydis pasirenkamas iš eksploatavimo duomenų. Nesant valymo įrenginių η s = 0. Kai kuro sąnaudos būna kg/s, tai formulė (2.13) turi tokį pavidalą: M V O BGV 2O5 1 1 n s g/s. (2.14) Vanadžio oksidų, perskaičiuotų į V 2 O 5, kiekis apskaičiuojamas priklausomai nuo kuro sieringumo: n G 95,4S 31,6 g/t, (2.15) V 2O 5 čia S sieros kiekis kure, % (2.1 lentelė) Mašinų, turinčių vidaus degimų variklius, sukeliama aplinkos oro tarša Kaimo gyvenvietėse ir laukuose važinėja ir dirba nemažai transporto priemonių, traktorių ir kitų mobiliųjų bei stacionariųjų mašinų, turinčių vidaus degimo variklius. Mobiliųjų mašinų varikliai, degindami skystąjį ar dujinį kurą, skleidžia į aplinką nuodingus (toksiškus) ir nenuodingus deginius. Degalai susideda iš įvairių angliavandenilių (C m H n ), kuriems visiškai sudegus susidaro visiško degimo produktai: anglies dioksidas (CO 2 ), vandens (H 2 O) garai ir išsiskiria šiluma (Q) (2.1 pav.). Kai degalai sudega nevisiškai trūkstant deguonies, deginiuose dar būna anglies viendeginio (CO), nesudegusių angliavandenilių (C m H n ), aldehidų (RCHO), suodžių ir benzpireno (C 20 H 12 ). CO; C m H n ; RCHO; C 20 H 12 Nevisiško degimo produktai C m H n + O 2 CO 2 + H 2 O + Q Visiško degimo produktai Priemaišos, priedai N 2 NO x ; SO x ; Pb Papildomi degimo produktai 2.1 pav. Degalų degimo schema ir jų pagrindiniai deginiai (pagal JUČAS P., 2001) Kaip natūralių priemaišų, degaluose būna sieros (pagal EN 590:2004 dyzeline jos gali būti ne daugiau kaip 0,05 % masės). Anksčiau antidetonacinės benzino savybės būdavo gerinamos švino (Pb) junginių priedais, kurie dabar ES keičiami nekenksmingais oksigenatais, tačiau atvežtiniame benzine švino junginių pėdsakų dar gali pasitaikyti. Kartu su deguonimi į variklio cilindrą įsiurbimo metu patenka ir pagrindinis oro komponentas azotas (N 2 ). Ekologiniu požiūriu visi deginių komponentai, išskyrus H 2 O ir Q, yra kenksmingi arba nuodingi. Deginant benziną ir dyzeliną išsiskiria skirtingas nuodingų medžiagų kiekis: sudeginus 1 kg benzino išsiskiria apie 500 g nuodingų medžiagų, o dyzeliną apie 50 g. Nors 15

17 dyzeliniai varikliai, lyginant su Otto varikliais, išskiria apie 10 kartų mažiau nuodingų medžiagų, tačiau jų deginiai turi 5 kartus daugiau suodžių, kuriuose yra ne tik anglies, bet, be vandenilio ir deguonies, dar sudėtingų aromatinių angliavandenilių, tarp jų kancerogeniško C 20 H 12. Mobiliųjų ir stacionariųjų mašinų, turinčių vidaus degimo variklius, išmetamų deginių kiekį galima apskaičiuoti remiantis šiuo metu Lietuvoje naudojama Teršiančių medžiagų vertinimo metodika (TERŠIANČIŲ MEDŽIAGŲ VERTINIMO METODIKA, 1998) Teršalų susidarymas žemės ūkio gamybos procesuose Žemės ūkio gamyboje susidaro įvairių teršalų. Gyvulininkystės darbuotojai patiria gyvulių ir laikomo mėšlo išskiriamų dujų kvapus, mašinų remontininkai suvirinamo metalo dujas ir purslus (dulkes), pastatų remontininkai apdirbamos medienos dulkes, dažų, lakiųjų organinių junginių kvapus, mobiliųjų mašinų operatoriai šilumos perteklių kabinose karštomis vasaros dienomis. Toliau aprašomas kai kurių teršalų apskaičiavimas minėtuose darbuose. Karvidėje susidarančių dujinių teršalų kiekio iš karvių ir mėšlo apskaičiavimas. Karvidėje susidarančių dujinių teršalų kiekį galima apskaičiuoti pagal jų lyginamųjų verčių apskaičiavimo metodiką (МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫДЕЛЕНИЙ..., 1999). Karvidėje susidarantis dujinių teršalų bendrasis kiekis 16 i M b priklauso nuo laikomų galvijų skaičiaus, jų fiziologinių procesų, mėšlo tvarkymo ir jo laikymo būdo. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M i b M M g/s, (2.16) i g i m i M g i-ųjų teršalų, kuriuos generuoja laikomi galvijai, kiekis g/s; i M m teršalų kiekis, kuris garuoja iš laikomo ir tvarkomo mėšlo g/s. Bendrasis teršalų kiekis i M b, susidarantis per vieną sekundę, dažnai vadinamas susidarančių (išsiskiriančių) teršalų galia. Galvijų generuojama visų teršalų galia apskaičiuojama pagal formulę: arba per metus i i M M, g/s. (2.17) g n 1 n Kiekvieno teršalo (i-ojo, pvz., NH 3 ) galia apskaičiuojama pagal formules: M i n i Y N q g/s, (2.18) n i i M K Y N q g/m, (2.19) n n

18 čia i teršalų sąlyginis pažymėjimas; n sąlyginis galvijų grupės numeris (pvz., melžiamos karvės, veršeliai, penimi galvijai ir kt.); i Y n atskiros galvijų grupės lyginamasis i-ojo teršalo kiekis. Jis parenkamas priklausomai nuo mėšlo šalinimo iš tvarto periodiškumo; N galvijų skaičius grupėje; q vidutinė galvijų grupės vieno galvijo masė centneriais. Sandauga N q gali būti pakeista visų galvijų mase; K koeficientas dėl g/s perskaičiavimo į t/m, K= 31,5. Maksimali vienkartinė galia (g/s) apskaičiuojama analogiškai, tačiau šiuo atveju imami duomenys, turintys maksimalias vertes. Teršalų kiekis dėl tvarkomo ir laikomo mėšlo apskaičiuojamas atskirai kiekvienam metų laikotarpiui (periodui) taip: i M m M j j 1 i j g/periodui. (2.20) Teršalų galia M M i j i j i M j apskaičiuojama taip: i Y N q g/s, (2.21) j i K C Y N q g/m, (2.22) p j čia j metų periodas (šiltasis Š, pereinamasis P, šaltasis Ž); kiekio; K koeficientas dėl g/s perskaičiavimo į t/m, К= 31,5; C p parų skaičius skaičiuojamame metų periode; i Y j lyginamasis i-tojo teršalo kiekis, priklausantis nuo metų laikotarpio ir galvijų N galvijų kiekis vnt.; q vidutinė galvijo masė centneriais. Metalų suvirinimo darbų tarša. Priklausomai nuo suvirinimo būdo, elektrodų ir fliusų suvirinimo dūmuose ir dujose būna chromo, nikelio, arseno, mangano silicio, berilio, kadmio vanadžio, volframo, aliuminio, titano, cinko, vario, azoto oksidų, fosgeno, akroleino, fluoro junginių, anglies monoksido, ozono ir kitų teršalų. Suvirinimo teršalus sudaro suvirinamo metalo ir elektrodų metalų dalelės, glaistų ir dažų, kuriais gali būti padengtas suvirinamasis metalas ar elektrodas, dalelės, naudojamų suvirinimo metu medžiagos. Dujinio suvirinimo metu, kai į degiklį tiekiamos suslėgtos degiosios dujos, į atmosferos orą gali patekti acetileno, vandenilio, propano ir kitų dujų. 17

19 Susidarančių suvirinimo metu teršalų kiekį priimta apskaičiuoti pagal lyginamuosius teršalų kiekius, tenkančius 1 kg sunaudotų suvirinimo medžiagų (elektrodų, vielos), pagal suvirinimo siūlės arba pjaustomo metalo ilgį (g/m) ir kt. Daugelyje Europos Sąjungos šalių maksimali leistina suvirinimo dūmų koncentracija suvirinant mažaanglį plieną sumažėjo nuo 5 iki 3,5 mg/m 3. Teršalų kiekis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę (СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ..., 2010): M di = m ldi N a k (1 - η) kg, (2.23) čia M di - suvirinimo dūmų i-tojo teršalo masė kg; m ldi i-ojo teršalo lyginamoji masė (kiekis) kg; N a skaičiuojamasis parametras (sunaudota elektrodų masė, suvirinimo siūlės ilgis, perpjauto metalo ilgis); k koeficientas, įvertinantis gamybinio proceso ypatumus; η valymo įrenginių efektyvumas. Nesant valymo įrenginių η = 0. Daugiausia teršalų išsiskiria virinant metalus rankiniu būdu. Teršalų lyginamoji masė yra labai įvairi. Laikoma, kad, suvirinant plieną sunaudojus 1 kg elektrodų, susidaro apie 40 g dulkių, 2 g fluoro vandenilių, 1,5 g anglies ir azoto oksidų, o suvirinant ketų iki 45 g dulkių ir 1,9 g fluoro vandenilių (СОСТАВ И РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ..., 2010). Suvirinant metalus automatizuotu arba pusiau automatizuotu būdais, susidaro 1,5 2 kartus teršalų mažiau, o suvirinant po fliusais 4 6 kartus mažiau. Medienos apdirbimo keliama oro tarša. Apdirbant medieną mechaniniu būdu susidaro dulkančios pjuvenos, drožlės, šlifavimo dulkės, o dažant, lakuojant, klijuojant, džiovinant lukštą (šponą) išsiskiria formaldehidų, fenolio, amoniako, aromatinių angliavandenilių, eterio spirito garai. Pjuvenų, drožlių ir šlifavimo dulkių susidarantis kiekis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н.Ф., 1991): G = G o k d kg/h, (2.24) čia G dulkančių atliekų kiekis kg/h; G o vidutinis atliekų susidarantis kiekis, priklausantis nuo medienos apdirbimo įrenginio, kg/h (2.3 lentelė); k d koeficientas, įvertinantis mažesnių kaip 200 μm dalelių kiekį dulkėse. Dulkių (dalelių) kiekis, patenkantis į pneumotransporto (medžiagų gabenimas vamzdžiais oro srautu) ar aspiracijos (vietinės vėdinimo sistemos, šalinančios dulkėtą orą) sistemas apskaičiuojamas pagal formulę (ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991): G a = G o k d k vn kg/h, (2.25) 18

20 čia G a dulkių kiekis patenkantis į pneumotransporto ar aspiracinę sistemas kg/h; k vn koeficientas, įvertinantis dulkių nusiurbimo vietinį efektyvumą, priklausantį nuo siurbiamo oro kiekio, siurbtuvų išdėstymo vietos ir kt. Šio koeficiento vertė skaičiuojant dažnai priimama 0,9 dydžio. 2.3 lentelė. Mechaniniu būdu apdirbamos medienos atliekų kiekis (pagal ТИЩЕНКО Н. Ф., 1991) Staklės Staklių Atliekų vidutinis Vidutinis dulkių mažesnių kaip 200 μm kiekis markė kiekis % kg/h kg/h Apskritiminės pjovimo C6-2 29, ,69 Universaliosios apskritiminio pjovimo UP 21,0 30 6,30 Obliavimo su rankine pastūma SF-3 33,0 25 8,25 Obliavimo su mechanine pastūma SF-4 97, ,25 Frezavimo FL,FLA, 24,0 20 4,80 FSŠ-1 Frezavimo FA-1 44,0 20 8,80 Išilginio pjovimo ŠO-10 4,6 16 0,74 Juostinės pjovimo LO-80 29,0 34 9,86 Gręžimo 2N, 125L 26,0 21 5,46 Šlifavimo ŠlPS-5P 2, ,80 Šlifavimo diskinės ŠlDB ,04 Dulkių kiekis, patenkantis į atmosferą, apskaičiuojamas pagal formulę: G at = G o k d k vn (1 k dg ) kg/h, (2.26) čia k dg koeficientas, įvertinantis dulkių sugavimą valymo įrenginyje (pvz., ciklono, skruberio ir kt.). Akumuliatorių baterijų priežiūros ir remonto keliama tarša. Ūkininkai, eksploatuodami mobiliąją techniką, kartais turi įkrauti akumuliatorių baterijas, o kai kurie ūkininkai jas ir remontuoja. Įkraunant akumuliatorių baterijas išsiskiria iš rūgštinių akumuliatorių sieros rūgšties, o iš šarminių natrio hidroksido dujos. Išsiskiriančių iš akumuliatorių, juos įkraunant, sieros rūgšties arba natrio hidroksidų dujų kiekį galima apskaičiuoti pagal formules (АККУМУЛЯТОРНЫЕ РАБОТЫ, 2009): čia 9 Q a Q a... Q a A M 0,9 q t/m, (2.27) i n n 10 A M i išsiskiriančių teršalų kiekis per metus t/m; q lyginamasis sieros rūgšties arba natrio hidroksido dujų talpumas. Sieros rūgšties q = 1 mg/ah, o natrio hidroksido q = 0,8 mg/ah; Q 1 n nominalinis kiekvienos akumuliatorių baterijų rūšies talpumas ampervalandomis (Ah); a 1 n akumuliatorių baterijų įkrovimų kiekis vnt. 19

21 Apskaičiuojant vienkartinį maksimalų teršalų išsiskyrimą įkraunant akumuliatorių baterijas, kai naudojamas maksimalus įkrovimo režimas, apskaičiuojamas pirmiausia išsiskiriantis teršalų kiekis per parą: čia ' 9 n 10 M A p 0,9 q Q t/parą, (2.28) A M p teršalų kiekis t/parą; Q nominalusis didelių akumuliatorių talpumas Ah; n maksimalus paminėtų akumuliatorių, kurie įkraunami vienu metu, kiekis vnt. Išsiskiriantis vienkartinis maksimalus sieros rūgšties ar natrio hidroksido dujų kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M A v A M p 10 6 g/s, (2.29) 3600 m A M v vienkartinis maksimalus teršalų išsiskyrimas g/s; m akumuliatorių įkrovimo ciklo trukmė h. Priimama m = 10 h. Surenkant po remonto akumuliatorių baterijas naudojama bituminė mastika, kurią kaitinant išsiskiria tepalo aeorozolis. Liejant švininius gnybtus ir plokštelių grupių jungtis išsiskiria švino garai. Tepalo aerozolio ir švino garų išsiskiriantis metinis kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia tš M m S n 10 6 i i t/m, (2.30) tš M i metinis tepalo aerozolio arba švino garų kiekis t/m; m i lyginamasis i-ojo teršalo išsiskyrimas, tenkantis lydimo tiglio veidrodinio paviršiaus vienetui g/s m 2 (2.4 lentelė); n tiglio įkaitinimo kartai; S tiglio, kuriame kaitinamas švinas ar bituminė mastika, veidrodinio paviršiaus plotas m 2 ; τ išlydyto švino (bituminės mastikos) buvimo laikas tiglyje s. 2.4 lentelė. Lyginamieji teršalų išsiskyrimo parametrai, tenkantys kaitinimo tiglio veidrodiniam paviršiui, remontuojant akumuliatorių baterijas, g/s m 2 (АККУМУЛЯТОРНЫЕ РАБОТЫ, 2009) Technologinio proceso pavadinimas Gnybtų ir plokštelių grupių jungčių remontas Bituminės mastikos paruošimas akumuliatorių remontui Išsiskiriančių teršalų Naudojamo Temperatūra C medžiagos lyginamasis pavadinimas kiekis, g/(s m 2 ) Švino lydalas Švino garai 0,0013 Mastikos lydalas Mineralinis (naftos tepalo aerozolis) 0,003 20

22 Išsiskiriantis vienkartinis maksimalus švino garų ir tepalo aerozolio kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: čia M tš v m S g/s, (2.31) i tš M v išsiskiriantis vienkartinis švino garų ir tepalo aerozolio kiekis g/s. Kalvystės darbų keliama oro tarša. Kaitinant žaizdre ruošinius ar detales išsiskiria anglies monoksidas, sieros dioksidas, azoto oksidai, vanadžio mazuto pelenuose oksidai, kietosios dalelės (suodžiai). Grūdinant ar atleidžiant ruošinius tepalo voniose išsiskiria mineralinio tepalo garai. Maksimalus vienkartinis skirtingų teršalų išmetimas gali būti apskaičiuojamas pagal formules (КУЗНЕЧНЫЕ РАБОТЫ, 2009): čia / / n n M ' 10 6 M / 3600 n g/s, (2.32) kd kd M ' 10 6 M / 3600 n g/s, (2.33) CO CO ' 6 M SO 10 M 2 SO g/s, (2.34) ' 6 M NO 10 M 2 NO g/s, (2.35) M maksimalus vienkartinis kietųjų dalelių (pelenų), CO, SO 2, NO 2 išmetimas g/s; ' kd M kd, M CO, SO2 M M NO2 metinis teršalų kiekis t/m; τ žaizdro darbo trukmė per dieną h; n žaizdro darbo dienų skaičius per metus vnt. Išmetamų teršalų bendrasis kiekis per metus apskaičiuojamas pagal formules. Azoto oksidų išmetamas bendrasis kiekis gali būti apskaičiuojamas paprasčiau: M NO čia M NO azoto oksido kiekis t/m; q3 m t/m, (2.36) 2 q 3 lyginamasis azoto oksidų išsiskiriantis kiekis kg/t arba kg/(tūkst. m 3 ) (2.5 lentelė). 2.5 lentelė. Azoto oksidų išsiskirimo lyginamosios vertės deginant kurą Kuro pavadinimas Lyginamosios vertės Lyginamosios vertės kg/t, kg/(tūkst. m 3 Kuro pavadinimas ) kg/t, kg/(tūkst. m 3 ) Akmens anglis: Mazutas: Donecko 2,21 Mažai sieringas 2,57 Karagandos 1,87 Didelio sieringumo 2,46 Kuznecko 2,23 Gamtinės dujos 2,15 Grūdinant arba atleidžiant ruošinius bendras teršalų kiekis nustatomas pagal formulę: M r 10 6 g m t/m, (2.37) čia M r bendrasis teršalų kiekis per metus t/m; r r g r lyginamasis išsiskiriančių teršalų kiekis g/kg (2.6 lentelė); m r apdirbamo ruošinio masė per metus kg/m. 21

23 2.6 lentelė. Išsiskiriančių teršalų lyginamieji kiekiai termiškai apdirbant metalus Technologinė operacija Naudojama medžiaga Išsiskiriančio teršalo pavadinimas lyginamasis kiekis g/kg Dalių grūdinimas tepalo vonioje Mineraliniai tepalai Naftos mineralinis tepalas 0,10 Detalės atleidimas tepalo vonioje Mineraliniai tepalai Naftos mineralinis tepalas 0,08 Maksimalus vienkartinis išsiskiriančių teršalų kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: s M r grb / 3600 g/s, (2.38) čia b grūdinamų ar atleidžiamų ruošinių (detalių) masė kg; τ tikrasis sugaištamas laikas apdirbant detales per darbo dieną h. Tikrasis laikas tai laikas, kai iš grūdinimo-atleidimo vonios išsiskiria garai ir aerozoliai, t. y. laikas nuo detalės panardinimo į vonią iki jos ataušimo, kai iš vonios nustoja išsiskirti garai Mechaninių teršalų valymas iš oro Kietųjų dalelių, dulkių ir aerozolių charakteristika Kietosios dalelės tai smulkūs kietieji kūnai, kurių energetinė būsena pasižymi patvaria forma, atsparumu mechaniniam poveikiui ir kitomis savybėmis. Kietosios dalelės skirstomos į pirmines, kurios tiesiog išmetamos į orą (dirvožemio, vieškelių, ventiliacinių sistemų dulkės), ir antrinės, kurios susidaro atmosferoje iš dujų, tokių kaip sieros dioksidas, azoto oksidai, amoniakas. Kietosios dalelės būna įvairios: labai smulkios nuo 0,01 iki 5 μm (tabako dūmai, dažų pigmentai, suodžiai); smulkios nuo 5 iki 10 μm (atmosferos dulkės, jūros druskų dalelės); vidutinės nuo 10 iki 20 μm (portlandcementas, lakieji pelenai); stambios nuo 20 iki 40 μm (formavimo žemės metalo liejiniams); labai stambios didesnės kaip 40 μm (kopų smėlis, trąšos); biologinės kilmės nuo 0,001 iki 0,01 μm (virusai, bakterijos, žiedadulkės, sporos); dalelės, susiformavusios atmosferoje cheminių reakcijų metu nuo 0,001 iki 100 μm (sieros, suodžių junginiai). Nemažai kietųjų dalelių susidaro kaimo buityje, kūrenant krosnis ne tik iškastiniu kuru, bet ir malkomis. Kietųjų dalelių kiekis, sudegus medienai, būna nuo 0,3 % iki 5 % (BALTRĖNAS P. ir kt., 2007). Tarp kietųjų dalelių svarbią vietą užima dulkės. Dulkėmis vadinamos kietosios nuo 1 iki 150 μm dydžio dalelės, susidarančios įdirbant dirvas, smulkinant, sijojant, gabenant biriąsias medžiagas, šlifuojant, poliruojant metalus, pjaustant medieną ir pan. Didžiausia dulkių koncentracija laukuose būna pavasarį ir vasaros pradžioje, kai akėjamos dirvos, kultivuojami pasėliai, sėjamos grūdinės kultūros ar žolės (2.2 pav.). Daugiausia dulkių susidaro iš 1 5 μm mineralinių dalelių. Dulkių koncentracija dirbant traktoriui pasiekia 1400 mg/m 3, o traktoriui važiuojant pavėjui, ji gali siekti 3000 mg/m 3. Daug dulkių susidaro lentpjūvėse, stalių dirbtuvėse, grūdų 22

24 malūnuose, pjaunant kombainais javus, valant sandėliuose grūdus, kalkinant dirvas ir kt. Lietuvos higienos normoje HN 23:2011 nurodoma, kad darbo vietoje ilgalaikio poveikio ribinis įkvepiamų dulkių koncentracijos dydis turi neviršyti 10 mg/m 3, o gyvenamojoje aplinkoje neorganinių dulkių, turinčių % silicio dioksido, didžiausia leidžiama vienkartinė koncentracija pagal HN 35:2007 reikalavimus turi neviršyti 0,3 mg/m pav. Oro užterštumo dulkėmis priklausomybė nuo ratinio traktoriaus atliekamų darbų. 1 rudenį suartos dirvos akėjimas (lėkščiavimas); 2 grūdinių kultūrų sėja; 3 pavasarinis arimas; 4 akėjimas; 5 kukurūzų sėja; 6 žolių sėja; 7 pašarinių kultūrų pirmasis kultivavimas; 8 ir 10 transporto darbai; 9 pašarinių kultūrų antrasis kultivavimas; 11 ūkiniai vidaus darbai; 12 javapjūtė ir šiaudų tvarkymas; 13 kukurūzų nuėmimas silosui; 14 rudeninis arimas (pagal (МИХАЙЛОВ М. В., ГУСЕВА С. В., 1997) Pagal susidarymo būdą jos klasifikuojamos į dezintegracines ir kondensacines. Dezintegracinės dulkės susidaro medžiagas malant, gręžiant ar kitaip smulkinant, o kondensacinės iš metalų, metaloidų arba jų junginių garų, kurie aušdami virsta kietosiomis dalelėmis. Jos daug mažesnės už dezintegracines. Dezintegracinės dulkės yra netaisyklingos formos, nuolaužų pavidalo, o kondensacinės purūs agregatai, susidedantys iš taisyklingų kristalų arba rutulio formos. Pagal kilmę dulkės skirstomos į organines (augalų, gyvulių, polimerų), neorganines (mineralų, metalų) ir mišrias (susidaro šlifuojant metalus, valant liejinius). Žemės ūkio gamybinėje bei gyvenamojoje aplinkoje yra ir kiti mechaniniai teršalai aerozoliai. Aerozoliai dispersinės sistemos, susidedančios iš dujų (oro) ir jose plūduriuojančių kietųjų arba skystųjų dalelių. Aerozoliai skirstomi į rūkus ir dūmus. Rūką sudaro dujinėje aplinkoje (ore) disperguoti skysčio lašeliai, kuriuose gali būti ištirpusių cheminių medžiagų arba suspenduotų kietųjų dalelių. Dalelių dydis būna nuo 0,1 iki 10 μm (DENAFAS G., 2000 b). Dūmai aerodispersinės sistemos, kurias sudaro mažos 23

25 sedimentacijos (nusėdimo) greičio kietosios dalelės. Dalelių dydis, aprašomas literatūroje, įvairus nuo 0,001 iki 10 μm. Dūmams priskiriami ir kuro deginimo produktai, užteršti suodžiais. Kietosios dalelės (dulkės) malūnuose, stalių dirbtuvėse, lentpjūvėse, pašarų ruošimo, trąšų ar pesticidų sandėliuose ir kituose žemės ūkio gamybos dulkėtuose padaliniuose gali sukelti gaisrus ar sprogimus. Kelio, dirvos dulkės ir rūkas sumažina mobiliųjų mašinų operatorių matomumą. Kietųjų dalelių pavojingumas priklauso nuo jų fizinių-cheminių ir technologinių procesų ypatumų. Jiems priklauso: dalelių dispersiškumas, jų drėgnis, koncentracija, sudėtis, forma, užsidegimo temperatūra ir kitos savybės. Dulkių sprogimo pavojus būna tuo didesnis, kuo dalelės yra smulkesnės. Smulkių dalelių bendrasis paviršius yra didesnis, jis efektyviau oksiduojasi, reikalinga mažesnė dulkiųoro mišinio uždegimo energija bei savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra. Aplinkos temperatūra t s, kuriai esant gali įvykti savaiminis užsidegimas, gali būti apskaičiuojama pagal T. Monachovo (КОРОЛЬЧЕНКО А. Я.,1986) pasiūlytas formules: lgt s = A p + n p lgs C, (2.39) čia t s savaiminio užsidegimo temperatūra C; A p, n p koeficientai, įvertinantys dalelių savybes; S lyginamasis dalelės paviršiaus plotas m -1. Koeficientai A p ir n p apskaičiuojami pagal formules: A p = lg t sį, n t 24 (2.40) r p 0,457 lg, (2.41) t sį čia t sį savaiminio įkaitimo temperatūra C; t r rusenimo temperatūra C; Dalelės paviršiaus lyginamasis plotas S gali būti apskaičiuojamas pagal formules: F S m -1, (2.42) V S 2 m -1, (2.43) x y z čia F kietosios dalelės paviršiaus plotas m 2 ; V kietosios dalelės tūris m 3 ; x, y, z dalelės išmatavimai koordinačių x, y, z kryptimi (pvz., stačiakampiui gretasieniui: x ilgis, y plotis, z aukštis; cilindrui: x=y=d cil, z aukštis; rutuliui: x=y=d rut ir t. t). Sprogimo sukeltas maksimalus slėgis (P) ir jo plitimo greitis (dp/dτ), mažėjant dalelių dydžiui, didėja (2.3 pav.). Smulkios organinės dulkės sudega kaip dujos. Organinių aerozolių

26 forma praktiškai neturi įtakos sprogimo pavojui, nes organinės dalelės sudega esant dujinei fazei. Metalo dalelių forma tam turi esminę įtaką, nes degimo reakcija vyksta dalelių paviršiuje. Pavyzdžiui, sprogus magnio aerozoliui, turinčiam sferines daleles, sprogimo slėgis pasiekia 5,7 kpa, o plokščias 7,2 kpa. 2.3 pav. Dalelių dydžio įtaka aerozolių sprogimo parametrams. 1 metilceliuliozė; 2 miltai; 3 polietilenas; 4 polivinilchloridas (pagal КОРОЛЬЧЕНКО А. Я.,1986) Dalelių aerozolio sprogimui esminę įtaką turi jų drėgnis. Dalelių drėgniui didėjant, žemutinė ribinė užsiliepsnojimo koncentracija didėja, o sprogimo sukeltas slėgio greitis mažėja. Sprogstant aerozoliams, susidaro didelės smūginės bangos: pavyzdžiui, sprogus anglies dulkėms slėgis pasiekia kpa, o aliuminio pudrai (baltajai bronzai) apie 1138 kpa. Smulkinant, malant ar transportuojant medžiagas pneumatiniais transporteriais, jų dulkės įsielektrina ir elektrostatinių krūvių išlydžiai gali būti gaisrų ir sprogimų priežastis. Į žmogaus organizmą dulkės patenka per kvėpavimo takus, akių gleivinę, odą, net virškinimo traktą. Dulkių poveikis priklauso nuo jų dispersiškumo, kilmės, koncentracijos dydžio, tirpumo organizmo skysčiuose, cheminės sudėties, fizinio darbo sunkumo. Didžiąją žemės ūkyje dulkių dalį (59 98,9 %) sudaro smulkios iki 4 μm dydžio dalelės (МЕДВЕДЬ Л. И., 1981), nors pasitaiko ir μm dalelių. Žemės ūkio gamyboje dažniausiai žemdirbius veikia dirvožemio ir augalinės dulkės (2.7 lentelė). Pavojingiausiomis sveikatai yra mažesnės kaip 5 μm dydžio dulkės, kurios patenka į plaučius ir jų alveoles. Į alveoles patenka apie 10 % įkvėptų dulkių, o 15 % praryjama su seilėmis. Dulkės, kurių dalelės didesnės kaip 10 μm, susilaiko viršutiniuose kvėpavimo takuose, o mažesnės kaip 0,25 μm dalinai iškvepiamos. Dažniausiai pasaulyje ir Lietuvoje pasitaikančios pneumokoniozės yra silikozė, antrakozė, asbestozė ir beriliozė. 25

27 2.7 lentelė. Dažniausia žemės ūkio gamyboje pasitaikančios dulkės (pagal OBELENIS V. ir kt., 2002; МЕДВЕДЬ Л. И., 1981) Dulkių apibūdinimas poveikis Silicio dioksido (kvarcas, tridimitas, kristabolitas) Per metų išsivysto silikozė. Kai SiO 2 dulkių labai daug (90 %), per 2 3 metus Linų perdirbimo dulkės Chroniškas bronchitas, pneumosklerozė, bisinozė (pneumokoniozės rūšis) Medžių ir augalų žiedadulkės Grūdų dulkės (turi mineralinių priemaišų, grybelių, bakterijų), miltai Kombinuotųjų pašarų. Jų sudėtyje būna įvairių priedų: antibiotikų, mikroelementų, vitaminų, kreidos, konservantų ir kt. Asbestas Pesticidai Transporto deginių kietosios dalelės Alerginiai susirgimai Galima susirgti: rinitu (nosies gleivinės uždegimas sloga); faringitu (ryklės uždegimas); tracheitu (trachėjos gleivinės uždegimas); bronchitu (ūminis kvėpavimo takų uždegimas); pneumokoniozėmis; konjunktyvitu (akių jungties uždegimas); blefaritu (akies vokų kraštų uždegimas); dermatitu (odos uždegimas) ir kitomis ligomis Pastebima darbuotojų, turinčių ilgą kontaktą su kombinuotųjų pašarų dulkėmis, padidinta cholesterolio koncentracija kraujyje, padidintas gliukozės proteidų serume kiekis ir vitaminų B1 ir B12 ekskrecija (šalinimasis) su šlapimu, o taip pat silicio padidėjimas kraujyje. Pasireiškia citotoksinis poveikis μm Kancerogeninis poveikis Toksinis, kancerogeninis poveikis Sąlygoja smogo susidarymą Oro apsauga nuo kietųjų dalelių (dulkių) Atmosferos oro apsaugos būdai priklauso nuo taršos šaltinių. Žemės ūkio gamyboje kietąsias daleles (dulkes) generuoja pašarų ruošimo, javų auginimo ir nuėmimo technologijos, mobiliosios mašinos, gamybiniai cechai (lentpjūvės, katilinės), gyvenamieji namai ir kiti objektai. Dulkių poveikį žemės ūkyje labiausiai patiria traktorių, kombainų ir kitų mobiliųjų mašinų operatoriai. Siekiant sumažinti dulkių ir variklių deginių skvarbą, mašinų kabinos patikimai sandarinamos, sudarant didesnį oro slėgį, eliminuojantį dulkių skverbtį. Dirvožemio ir vieškelių dulkėjimą (dulką) galima mažinti sumažinant žemės ūkio technikos darbinius ir važiavimo greičius, o gyvenvietėse, sodybose praktikuojamas dulkančių paviršių laistymas. Iš gamybinių patalpų, kuriose atliekami dulkes keliantys technologiniai procesai, šalinamos dulkės paprastai valomos dulkių gaudytuvais. Siekiant sumažinti į gaudytuvus patenkančių dulkių kiekį ir padidinti gaudytuvų efektyvumą, prieš juos įrengiami dulkių siurbtuvai, iš kurių dulkės nukreipiamos į jų surinkimo vietas: bunkerius, maišus, transporterius ir kt. Pagal dulkių ir smulkių atliekų (pvz., pjuvenų šalinimo nuo mechaninio medžiagų apdorojimo įrenginių) pobūdį siurbtuvai skirstomi į (JUODIS E., 1998): 1. Ekonominius, kuriais atliekos šalinamos darbo įrankio suteikta energija, siurbiamo oro kryptis sutampa su dulkių srauto kryptimi (2.5 pav.); 2. Didelio tūrio, neekonomiškus, veikiančius tik esant dideliems šalinamo oro kiekiams. 26

28 Geriausiu iš ekonomiškų siurbtuvų laikomas sraigės formos siurbtuvas (2.5 pav.) su kreipiamosiomis plokštumomis, nuo kurių atliekos nebeatšoka ir skrieja iš inercijos. 2.5 pav. Frezos siurbtuvas. 1 oro šalinimo anga; 2 kreiptuvas; 3 freza (JUODIS E.,1998) Dulkių (kietųjų dalelių) gaudytuvai Dulkių (kietųjų dalelių) gaudytuvus įprasta vadinti bendruoju oro valymo įrenginių pavadinimu. Visi valymo įrenginiai gali būti skirstomi į dvi grupes: tiekiamo į patalpas oro valymo įrenginius ir dulkių gaudytuvus, valančius iš patalpų šalinamą orą. Šalinamo iš patalpų oro valymo nuo dulkių įrenginiai pagal išvalymo laipsnį skirstomi į pirminio ir švariojo valymo įrenginius, o pagal valymo metodą į sausuosius ir šlapiuosius (2.6 pav.). Lietuvoje dažniau naudojami sausieji valymo įrenginiai, nes jie pigesni, nereikia vandens valymo įrenginių, šildomų patalpų. Dulkių (kietųjų dalelių) valymas sausuoju būdu dažniausiai atliekamas inerciniais, išcentriniais, besifiltruojančiais įrenginiais, o valymas šlapiuoju būdu skruberiais, filtrais. Esant dideliam oro dulkėtumui, dulkės gali būti valomos keletu įrenginių. Pagal valymo pakopų skaičių oro valymo įranga gali būti vienos, dviejų ir rečiau trijų pakopų. Valant keliomis pakopomis, valymo kokybė būna geresnė, bet brangesnė. Sausieji dulkių gaudytuvai. Sausieji pirminio valymo įrenginiai veikia gravitaciniųinercinių jėgų principu. Dulkės, veikiamos sunkio jėgos, dažniausiai nusėda nusodinimo kamerose, priešsrovinio srauto posūkiuose ar žiediniuose nusodintuvuose (2.7 pav.). Dulkių nusodinimo kameros (2.7 pav., a) yra paprasčiausi oro valymo įrenginiai, kuriuose nusodinamos didesnės kaip 40 μm dalelės. Kuo dulkių srauto greitis ir kameros aukštis mažesni, o ilgis didesnis, tuo dulkių išvalymo efektyvumas yra didesnis. Kai oro srauto judėjimo greitis yra nuo 0,2 iki 0,8 m/s, išvalymo efektyvumas siekia nuo 40 iki 50 %. Galintis nusėsti kameroje mažiausias dalelių dydis apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G., 2000 b): 18 hw dmin m, (2.44) gl d čia d min dalelių dydis m; μ oro klampumo dinaminis koeficientas. Oro μ = 0,0182, esant t = 20 C ir p =101,3 kpa. 27

29 Žiediniai nusodintuvai Išcentriniai Vienzoniai Dvizoniai Posūkiniai nusodintuvai Priešpriešinio srauto nusodintuvai Sukūriniai Žaliuziniai Multiciklonai Grūdėtieji Pluoštiniai Plokšteliniai Vamzdiniai Išlydžio Nusodinimo kameros Ciklonai Audininiai Elektrostatiniai Gravitaciniai Inerciniai Filtrai Elektriniai filtrai Pirminio valymo SAUSIEJI Švariojo valymo KIETŲJŲ DALELIŲ (DULKIŲ) VALYMO ĮRENGINIAI Pirminio valymo ŠLAPIEJI Švariojo valymo Skruberiai Plovimo bokštai Tuščiaviduriai Su įkrova Išcentriniai Barbotavimo aparatai Filtrai Alyvos Pluoštiniai Spartieji turbulentiniai skruberiai (Venturi) Smūginiai inerciniai rotoklonai Putų aparatai Rotaciniai (Venturi) Koaguliaciniai išcentriniai 2.6 pav. Kietųjų dalelių (dulkių) iš oro valymo įrenginiai (pagal BALTRĖNAS P., ir kt., 2007; DENAFAS G., 2000 b) h kameros aukštis m; w dujų srauto linijinis greitis horizontaliąja kryptimi m/s; ρ d dalelės tankis kg/m 3 ; g laisvojo kritimo pagreitis m/s 2 ; l kameros ilgis m. Dulkių nusodinimo kameros našumas V o apskaičiuojamas pagal formulę (BALTRĖNAS P. ir kt., 2007): l wn Vo hb hbl blwn h m 3 /s, (2.45) čia τ dalelės buvimo kameroje laikas s; b kameros plotis m; w n dalelės nusėdimo greitis m/s. 28

30 2.7 pav. Gravitaciniai dulkių nusodintuvai. A stambios dalelės; b smulkios dalelės; c valomų dulkių srauto linijos; a) paprastoji kamera; b) kamera su lentynomis; c) kamera su pertvaromis; d) priešpriešinio srauto nusodintuvas; e) priešpriešinio srauto nusodintuvas su pertvaromis; f) posūkinis nusodintuvas; g) posūkinis nusodintuvas su pertvara; h) nusodintuvas su nestaigiu oro krypties posūkiu; i) žiedinis nusodintuvas (DENAFAS G., 2000 b) Dalelių nusėdimo greitis apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G., 2000 b): čia ρ oro tankis kg/m 3 ; d dalelių dydis m. 2 d d g wn m/s, (2.46) 18 Nusodinimo kamerose su lentynomis (2.7 pav., b) lygiagrečiai dugnui yra įrengiamos lentynos, kurios padidina dulkėms nusėsti būtiną plotą ir sumažina nusėdimo aukštį. Nusodinimo kameros su pertvaromis (2.7 pav., c) yra kompaktiškesnės, dalelės greičiau nusėda atsitrenkdamos statmenai į pertvaras. Priešpriešinio srauto nusodintuvuose (2.7 pav., d) dulkėtas oras kyla iš apačios į viršų per įtekėjimo tūtą, iš kurios ištekančio oro srauto greitis smarkiai sumažėja, o dalelių nusėdimo greitis viršija srauto greitį, todėl dalelės sėda priešinga dujų srautui kryptimi. Priešpriešinio srauto nusodintuvuose su pertvaromis dulkių nusodinimo efektas dėl atsitrenkimo į pertvaras yra didesnis, negu nusodintuvuose be pertvarų (2.7 pav., e). Posūkiniuose nusodintuvuose oro judėjimo kryptis pakeičiama priešinga kryptimi. Posūkyje dalelės, veikiamos ne tik sunkio, bet ir išcentrinės jėgos, nusėda į bunkerį (2.7 pav., f). Posūkiniuose nusodintuvuose su pertvaromis (2.7 pav., g) prailginamas užteršto 29

31 dulkėmis oro srauto kelias, pagerėja sulaikymo efektyvumas. Nusodintuvai su nestaigiu oro srauto krypties posūkiu (2.7 pav., h) dažnai montuojami dujų transportavimo vamzdžiuose. Oro judėjimo greitis būna apie 1 m/s, sulaikoma apie % dulkių, kurių dydis apie μm. Žiediniai nusodintuvai (2.7 pav., i) laikomi efektyviausiais gravitaciniais nusodintuvais, kuriuose pasiekiamas didesnis nei 80 % efektyvumas. Valomas oras, judėdamas iš apačios į viršų, prateka tarp žiedų ir nuolat keičia savo kryptį, atsitrenkdamas į aukščiau esančius mažesnio skersmens žiedus. Valomų dujų srautas padalinamas į du srautus: gerai išvalytą ir didelės dulkių koncentracijos, kuris nukreipiamas į kitą valymo įrenginį. Išcentriniai dulkių nusodintuvai tai įrenginiai, kuriuose dulkės nusodinamos veikiant išcentrinėms ir inercijos jėgoms. Plačiausiai iš jų naudojami ciklonai. Ciklonai pirminio sausojo dulkių valymo aparatai, veikiantys išcentrinių jėgų principu. Jie naudojami medžio apdirbimo cechuose, katilinėse, biomasės džiovyklose, ventiliacinėse sistemose, malūnuose, grūdų sandėliuose ir kt. Ciklonai pasižymi tokiais privalumais: neturi judančių dalių; patvariai dirba, esant aukštai valomų dujų temperatūrai (iki 500 C); galima nusodinti abrazyvines daleles, apsaugant ciklono paviršių specialiomis dangomis; valomos sausos dulkės; gerai dirba esant ir dideliam dujų slėgiui; paprasta gamyba; gerai valo įvairių frakcijų smulkumo dulkes, esant ir didelei jų koncentracijai; beveik pastovus aparato hidraulinis pasipriešinimas. Dalelių nusodinimo aparatų hidraulinis pasipriešinimas ( p) charakterizuoja į aparatą patenkančio (p p ) ir iš aparato išeinančio (p iš ) dujų srautų slėgio skirtumą, kuris nustatomas eksperimentiškai arba apskaičiuojamas pagal formulę (БЕЛОВ С. В. и др., 2004): 2 p p p w / 2 N/m 2, (2.47) p iš čia ξ aparato hidraulinio pasipriešinimo koeficientas; ρ ir w dujų tankis kg/m 3 ir greitis m/s skaičiuojamajame aparato pjūvyje. Ciklonams būdingi šie trūkumai: didelis hidraulinis pasipriešinimas ( Pa); blogai išvalo dujas (orą), esant mažesnėms kaip 5 μm dalelėms; nevalo lipnių dulkių. Ciklonai pagal dulkėto oro (dujų) tiekimo į aparatą kryptį būna tangentiniai, ašiniai, spiraliniai, sraigtiniai. Ciklonuose dalelės nusodinamos išcentrinių jėgų, atsirandančių besisukant aparate dulkėtam oro srautui, ir dulkių inercijos jėgos, atsirandančios dėl išeinančio iš aparato oro srauto krypties pasikeitimo. Dulkės ciklonuose sukamąjį judesį įgauna įvairiai: dėl didelio į aparatą tiekiamo oro srauto greičio, spiralinės oro tiekiamojo kanalo formos, tiekiamo oro srauto tangentinės (liečiamosios) krypties aparato korpusui, sukimą sukeliančių įtaisų. Ciklonų korpusai būna cilindriniai su kūgio formos apatine dalimi (2.8 pav.). Kai reikia išvalyti didelius oro srautus, įrengiami ne pavieniai, o grupiniai ciklonai iš 2, 4, 6, 8, rečiau 16 aparatų. Naudojami bateriniai ciklonai, kai viename korpuse yra sumontuojama keletas nedidelio 30

32 diametro (iki 250 mm) ciklonų. Ciklonų efektyvumas vidutiniškai siekia %, priklauso nuo dalelių dydžio, tankio, ciklono skersmens, oro srauto greičio ir kt. Tarp dalelių sugavimo laipsnio η ir nesugautų dalelių laipsnio ς galioja priklausomybė (ŠVENČIANAS P., 1994): 2 dd un 1 1 exp 0,7 D D, (2.48) o čia ς nesugautų dalelių laipsnis; ρ d dalelės tankis kg/m 3 ; d dalelės skersmuo m; u dalelės judėjimo ciklone greitis m/s; n valomo oro srauto apsisukimų skaičius ciklone; μ dujų dinaminio klampumo koeficientas Pa s; D, D o ciklono ir ciklono vidinio vamzdžio skersmuo, m. Dalelių gaudymo efektyvumas ciklone didėja esant stambesnėms dalelėms (d), didėjant dujų greičiui u ciklone, esant mažesniam ciklono skersmeniui (D). Sūkuriniai gaudytuvai. Šiuose gaudytuvuose dulkės nusodinamos, kaip ir ciklonuose, išcentrinės jėgos, tačiau juose yra du sūkuriniai srautai vidinis ir išorinis (2.9 pav.). 2.9 pav. Ciklono NIIO bendras vaizdas ir oro srauto schema. 1 oro srauto įėjimo atvamzdis; 2 sraigtinio pavidalo dangtelis; 3 išmetamasis vamzdis; 4 ciklono korpuso cilindrinė dalis; 5 ciklono korpuso kūginė dalis; 6 dulkių išleidžiamoji anga; 7 bunkeris; 8 oro (dujų) išleidimo sraigė; 9 išvalyto oro (dujų) ortakis; 10 dulkių skląstis (КОЗЛОВА С. А. и др., 2007) pav. Sūkurinio dulkių gaudytuvo schema (DENAFAS, 2000 a)

33 Valomo oro vidinis srautas, įsuktas nejudančių menčių, kyla į viršų. Švaraus oro išorinis srautas į gaudytuvą tiekiamas tangentine kryptimi. Pastarasis srautas pagauna daleles, kurios dėl išcentrinės jėgos artėja prie gaudytuvo sienelių, ir nuneša žemyn į bunkerį. Valymo efektyvumas (92 98,5) % μm. Šių gaudytuvų trūkumas yra didesnis energijos sąnaudos dėl išorinio srauto sudarymo. Pagal filtruojančiųjų elementų tipą (konstrukciją) filtrai skirstomi į bekarkasinius (rankovinius) ir su kietuoju karkasu (karkasas aptemptas austine arba neaustine medžiagomis). Rankoviniuose filtruose oras, iš kurio valomos dulkės, tiekiamas į rankovės vidų, kuri palaiko savo formą dėl tiekiamo oro slėgio (2.10 pav.). Karkasiniai filtrai būna įvairių formų (cilindriniai, plokštieji, pleištiniai, žvirgždiniai ir kt.), jų forma nesikeičia filtracijos proceso metu. Užsiteršusių filtrų aktyviosios pertvaros gali būti pakeičiamos naujomis arba regeneruojamos. Filtrų regeneracija atliekama dažniausiai dviem būdais: prapučiant filtrus priešinga filtruojamojo oro kryptimi per perforuotus vamzdžius (2.11 pav.) arba suardant (deformuojant) susikaupusių dulkių sluoksnį filtro aktyviajame paviršiuje (2.12 pav.) pav. Rankovinio audeklinio filtro schema. 1 išvalytų dujų išmetimo kanalas, 2 pertvara; 3 valomų dujų tiekimo kanalas, 4 bunkeris, 5 sraigtinis transporteris pašalinti, 6 rankovė (ŠVENČIANAS P., 1994) 2.11 pav. Karkasinio pleišto formos audeklinio filtruojančio cheminio elemento schema. 1 gofruota sienelė, 2 tinklas, 3 perforuotas vamzdis, 4 audinys (DENAFAS G., 2000 a) Audeklinių filtrų dalelių sulaikymo efektyvumas gali būti apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G., 2000 b): 4c 1sl H 1 exp, (2.49) D 1 c čia c santykinis filtro medžiagos tankis; η 1sl vienos audinio gijos storio filtruojančiojo sluoksnio efektyvumas; H filtruojančiojo audinio storis m; D audinio gijos skersmuo (laikant, kad gijos skerspjūvis yra cilindro formos) m. 32

34 2.12. pav. Dulkių nukratymo iš rankovių schemos; a horizontaliai judinant viršutinį rankovės žaidą, b vertikaliai judinant viršutinį rankovės žaidą, c vibruojant rankovę (ŠVENČIANAS P., 1994) Filtrai, kurių akytosios pertvaros yra grūdinės medžiagos, vadinami įkrautiniais arba grūdėtaisiais filtrais. Grūdėtieji filtrai dažniausiai naudojami užterštam lipniomis ir abrazyvinėmis dulkėmis orui valyti, kai yra aukšta valomų dujų (oro) temperatūra. Tokiais filtrais iš oro valomos cemento, kalkių dulkės, užpildas būna žvyras, smėlis, keramika, aktyvioji anglis, plastmasės rutuliukai ir medžiagos. Šios medžiagos turi būti chemiškai ir mechaniškai atsparios, kai norima filtrus regeneruoti. Naudojant užpildą aktyviąją anglį, kalkakmenius, įkrova veikia kaip chemosorbentas. Valomas oras pirmiausia patenka į grūdėtojo filtro (2.13 pav.) pirmąją sekciją 2, kuri užpildyta mm dydžio grūdeliais. Iš oro išvalomos stambios dalelės, vėliau oras patenka į antrąją sekciją 3, užpildytą mm dydžio grūdeliais. Trečiojoje sekcijoje 4, kurioje grūdelių dydis siekia mm, iš oro išvalomos smulkios dulkės. Sugautosios dalelės patenka į bunkerį 9. Grūdeliai regeneruojami vibratoriumi 7. Filtro efektyvumas siekia 75 %, valant orą nuo dulkių, kurių skersmuo didesnis kaip 1,5 μm pav. Grūdėtojo filtro schema. 1 filtro korpusas, 2 didelio grūdėtumo užpildas, 3 vidutinio grūdėtumo užpildas, 4 smulkaus grūdėtumo užpildas, 5 dulkėto oro ortakis, 6 švaraus oro ortakis, 7 vibratorius, 8 amortizuojančiosios atramos, 9 bunkeris (BALTRĖNAS P. ir kt., 2008) 33

35 Tokių filtrų našumas gali siekti m 3 /h. Grūdėtuosiuose filtruose užpildas gali būti ir slenkantis, verdantis oro srauto greitis būna didelis kaip 6 9 m/s, grūdeliai (rutuliukai) pakimba filtre ir geriau išsivalo orą. Įkrautinių filtrų efektyvumui skaičiuoti tinka tos pačios formulės, kaip ir skaičiuojant audinio filtro efektyvumą. Šiuo atveju formulėje (2.49) d yra filtro įkrovos dalelių skersmuo, o c filtro įkrovos piltinio tankio ir įkrovos medžiagos faktinio tankio santykis. Elektrostatiniai nusodintuvai. Elektrostatiniai nusodintuvai dažnai vadinami elektrofiltrais (arba E filtrais). Jie yra vieni iš progresyviausių kietųjų dalelių valymo iš oro įrenginiai. Jų sulaikymo efektyvumas, esant dalelių dydžiui mažesniam kaip 1 μm, siekia iki 99,9 %, kai dujų debitas yra net didesnis kaip m 3 /h. Aparato hidraulinis pasipriešinimas siekia tik Pa. Filtrų veikimas yra paremtas skirtingo poliariškumo elektros krūvių principu. Oras, iš kurio valomos dulkės, pirmiausia patenka į difuzorių (2.14 pav.) pav. Dviejų zonų elektrostatinio filtro, sukurto VGTU Aplinkos apsaugos katedroje, schema. 1 priekinis pirminio valymo filtras, 2 jonizatorius, 3 kolektoriaus (dulkių nusodinimo blokas, 4 užpakalinis apsauginis filtras (P. BALTRĖNAS ir kt., 2008) Jame valomas oras pradeda sklaidytis, o toliau patenka į pirminio valymo filtrą 1, sudarytą iš trijų tankaus metalinio tinklelio sluoksnių. Filtre sulaikomos maždaug 50 μm dydžio dalelės. Vėliau oro srautas patenka į jonizatorių 2, kuriame dalelės įelektrinamos, tada į kolektorių 3, kuriame dalelės nusėda. Už kolektoriaus yra įrengtas apsauginis filtras 4, sudarytas iš kelių metalinių tinklelių arba aktyviosios anglies filtro, kuris papildomai išvalo orą nuo kenksmingų dujų ar kvapų Šlapieji dulkių valymo iš dujų (oro) metodai ir aparatai Šlapieji dulkių valytuvai plačiai naudojami smulkiadispersinių, sprogių ir aukštos temperatūros dulkių valymui iš oro ir dujų. Šie valytuvai pagal sulaikomų dalelių dydį užima tarpinę vietą tarp ciklonų ir medžiaginių bei elektrostatinių filtrų. Šlapieji gaudytuvai, lyginant su sausaisiais, pasižymi tokiais privalumais: efektyviau sulaiko pakibusias didesnes kaip 0,1 μm, aukštos temperatūros, lengvai užsidegančias ir sprogias daleles. Kartu su dulkėmis vienu metu sulaikomi garų ir dujinio pavidalo komponentai. Šlapieji gaudytuvai turi tokių trūkumų: dulkės sulaikomos esant dumblo būviui, todėl reikia valyti nuotekas, sunaudoti 34

36 daugiau energijos; skysčio lašeliai kartu su dulkėmis gali patekti į dūmų ar dujų vamzdžius; valant agresyvias dulkes, koroduoja valymo aparatų paviršiai, juos reikia padengti antikorozinėmis medžiagomis. Kai valytuvuose naudojamas vanduo, esant minusinei oro temperatūrai, gaudytuvą reikia apsaugoti nuo užšalimo. Šlapieji dulkių gaudytuvai dažnai vadinami skruberiais (scrubber angliškai skruberiu vadinamas bet koks šlapiojo valymo aparatas). Šlapiųjų valymo aparatų veikimas grindžiamas dalelių prilipimu prie vandens (ar kito naudojamo skysčio) lašelių ar skysčio paviršiaus, esant inercijos jėgoms ir Brauno difuziniam judėjimui. Inercijos jėgos priklauso nuo dalelių ir lašelių masės, nuo jų judėjimo greičio. Mažesnės kaip 1 μm dalelės nepasižymi pakankama energija, todėl priartėjusios prie lašelių apgaubia juos ir nėra jų sulaikomos. Norint pagerinti Brauno judėjime dalyvaujančių smulkių dalelių sulaikymą, reikia sumažinti oro (dujų) srauto greitį aparate. Be šių jėgų, dalelių sulaikymas labai priklauso nuo jų vilgumo vandeniui (skysčiams), turbulentinės difuzijos, įelektrintų dalelių tarpusavio sąveikos, skysčių kondensacijos, garavimo ir kt. Skruberių veikimas pasižymi tokiais pagrindiniais principais (DENAFAS G., 2000 b): mažų dalelių kontaktas su daugi didesniais ploviklio lašeliais (dažniausiai vandens); dalelių pašalinimas su lašeliais; plovimo vandens valymas ir pakartotinis naudojimas. Dalelių išvalymas būna tuo efektyvesnis, kuo yra geresnis ploviklio ir dalelių kontrastas. Kontrastas priklauso nuo dalelių dydžio ir tankio, ploviklio lašų dydžio, dalelių ir lašelių susidūrimo santykinio greičio. Užteršto dalelėmis oro ir ploviklio kontaktas gali būti įvairus (2.17 pav.) pav. Kontakto tarp valomų dujų ir ploviklio skruberiuose būdai. a oro srautas pereina per skysčio sluoksnį; b dalelės sulaikomos ant kietojo drėkinamo paviršiaus; c dujų srautui susiduriant su ploviklio paviršiumi; d dalelių sulaikymas tolygiais oro (dujose) paskirstytais ploviklio, įpurškiamo purkštuvu, lašeliais (pagal DENAFAS G., 2000 b) 35

37 Dalelės sulaikomos geriau, kai ploviklis įpurškiamas lašeliai susmulkinami iki optimalaus dydžio, padidėja santykinis dalelių ir lašelių susidarymo greitis, inercijos jėgos. Efektyviausiai dalelės sulaikomos Venturi skruberyje. Šlapieji valymo gaudytuvai klasifikuojami įvairiai, atsižvelgiant į dalelių kontrasto su skysčiu charakterį (lašeliniai, plėveliniai, barbotiniai), arba pagal veikimo būdą: tuščiaviduriai dujų plautuvai (drėkinamosios kameros; tuščiaviduriai su purkštuvais skruberiai); įkroviniai skruberiai; lėkštiniai dujų plautuvai (barbotiniai ir putų aparatai); dujų plautuvai su judančia įkrova; inercinio-smūginio veikimo šlapieji aparatai; išcentrinio veikimo šlapieji aparatai; mechaniniai dujų plautuvai (mechaniniai skruberiai, dinamiškieji skruberiai); greituminiai dujų plautuvai (Venturi skruberiai, ežektoriniai skruberiai). Dujų srauto technikos požiūriu skruberiai skirstomi į 5 pagrindinius tipus (DENAFAS G., 2000 b): plovimo bokštai; sukūriniai skruberiai; Venturi skruberiai; dezintegratoriai ir rotoriniai skruberiai; čiurkšliniai skruberiai. Skruberiai gali būti klasifikuojami ir pagal sunaudojamos energijos dydį: žemo slėgio (hidraulinis pasipriešinimas neviršija 1500 Pa (šiai grupei priklauso skruberiai su purkštuvais, barbotavimo aparatai (barboteriai), šlapieji išcentriniai aparatai ir kt.); vidutinio slėgio, kurių hidraulinis pasipriešinimas siekia nuo 1500 iki 3000 Pa (tai dinamiškieji skruberiai, smūginiai-inerciniai dujų plautuvai, ežektoriniai skruberiai); didelio slėgio, kai hidraulinis pasipriešinimas didesnis kaip 3000 Pa (tai Venturi skruberiai ir aparatai su įkrova). Tuščiaviduriai dujų plautuvai. Šiuose plautuvuose užterštas dulkėmis oras pereina per išpurškiamo skysčio uždangą, prie kurios lašelių prilimpa dulkių dalelės. Plačiausiai iš tokio tipo plautuvų naudojami skruberiai su purkštuvais. Tokie skruberiai apvalūs arba stačiakampiai cilindrai, kurių viename ar keliuose aukštuose įrengiama purkštuvų (2.16 pav.). Lašeliai turi būti stambūs, kad jų neišneštų valomo oro srautas, judantis 0,6 1,2 m/s greičiu. Jei oro srauto greitis viršija 5 m/s greitį, už plautuvo įrengiamas lašelių gaudytuvas. Aparato aukštis 2,5 karto didesnis už jo skersmenį pav. Skruberio su purkštuvais schema. 1 korpusas, 2 dujų skirstomosios grotelės, 3 purkštuvai (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) 36

38 Tuščiaviduriai skruberiai su purkštuvais naudojami valant iš oro (dujų) stambias dulkes, o taip pat aušinant dujas, kondicionuojant orą. Dujų išvalymo efektyvumas gali būti įvertintas pagal formulę (BALTRĖNAS, P. ir kt., 2008): čia C p, C g dalelių koncentracija į skruberį patenkančiose ir iš jo išeinančiose išlakose; Q s skysčio išeiga m 3 /s; v o, v l oro ir lašelių nusėdimo greičiai m/s; η l dulkių surinkimo vandens lašeliais efektyvumas; H skruberio aukštis m; V o oro tūris m 3 /s; d l skysčio lašelių skersmuo m. Priešpriešinio skysčio ir dujų judėjimo srauto skruberiuose, dulkių valymo efektyvumas yra tuo didesnis, kuo yra mažesni skysčio lašeliai ir didesnis oro (dujų) judėjimo greitis. Geriausias efektyvumas būna, kai skysčio lašelių skersmuo yra 0,8 mm ir įpurškiamas skystis 0,3 0,4 MPa slėgiu. Valant iš oro didesnes kaip 10 μm daleles, tuščiavidurių skruberių efektyvumas siekia 99 %, o esant dalelių dydžiui mažesniam kaip 5 μm, tokių skruberių efektyvumas nedidelis. Skruberiai su įkrova. Tai kolonos, pripildytos rutuliukų, žiedų ar kitos formos įkrova, pavidalo aparatai (2.17 pav.). Įkrova padidina dulkių ir skysčio kontakto paviršių. Tokie skruberiai naudojami gerai drėkstančioms dulkėms, esant nedidelei jų koncentracijai, valyti. Esant didesnei dulkių koncentracijai, greitai užsiteršia įkrova, todėl dažniau naudojami įkroviniai skruberiai su skersiniu drėkinimu (2.18 pav.). Tokiuose skruberiuose įkrova būna pasvirusi 7 10 kampu oro srauto kryptimi. Tuomet padidėja įkrovos kontaktinio paviršiaus su oru plotas, geriau drėkinamas (gal geriau vilgomos) dulkės. Priešsroviniuose skysčio ir oro srauto skuberiuose sunaudojama 1,3 2,6 l/m 3, o skruberiuose su skersiniu drėkinimu 0,15 0,5 l/m 3 skysčio dulkėms sudrėkinti. Didesnių kaip 2 μm dalelių sulaikymo efektyvumas siekia daugiau nei 90 %, hidraulinis pasipriešinimas didesnis kaip 160 kpa. Barbotavimo ir putų dulkėgaudžiai naudojami gerai sudrėkstančioms ir nedidelės koncentracijos dulkėms iš oro (dujų) valyti. Tokių dulkėgaudžių veikimas yra pagrįstas valomo oro srauto skvarba per skysčio sluoksnį, esantį virš lentynos. Kai oro srauto greitis nedidelis (iki 1 m/s), oras burbuliukų pavidalu kyla į viršų per skysčio sluoksnį vyksta barbotavimas. Efektyviai sulaikomos didesnės kaip 5 μm skersmens dulkės. Kai oro srauto greitis didesnis (daugiau nei 1 m/s), vyksta turbulencija, susidaro putos, todėl tokie dulkėgaudžiai vadinami putų aparatais. Jie efektyviai sulaiko didesnes kaip 2 μm daleles. Putų 37 C p Cg 3Q s vo vl l H 1 exp, (2.50) C p 2V odlvl

39 aparatai skirstomi į dulkėgaudžius su horizontaliai tekančiu skysčiu (2.19 pav.) ir su priešpriešais tekančiu skysčiu bei oro srautu (2.20 pav.). Dulkėgaudžių korpusas gali būti kampuotas ir apvalus. Kampuotuose geriau pasiskirsto skystis, o apvaliuose valomosios dujos ar oras. Dulkėgaudžiuose su horizontaliai tekančiu skysčiu lentynos dažniausiai gaminamos iš perforuoto metalo lakšto su 3 8 mm skersmens skylutėmis. Priešpriešinių srautų dulkėgaudžių lentynos būna ir su 45 mm pločio plyšiais. Skylučių ar plyšių plotas sudaro apie 0,2 0,25 m 2 /m 2 visos lentynos ploto. Putų dulkėgaudžiai efektyviai veikia valant ventiliacinių sistemų dujas, kai jų temperatūra būna ne aukštesnė kaip 100 C, o dulkėtumas ne didesnis kaip g/m 3. Lyginamasis skysčio sunaudojimas gaudytuvuose su horizontaliai tekančiu skysčiu siekia 0,2 0,3 l/m 3, o su priešpriešiniu srautu 0,8 0,9 l/m 3. Vandens sluoksnio storis virš lentynų mm, hidraulinis pasipriešinimas Pa. Pagrindinis gaudytuvų trūkumas kartu su išvalytu oru (dujomis) išpučiama nemažai vandens lašų (kai oro srauto greitis viršija 1,5 m/s). Rekomenduojamas valomų dujų tūris viename gaudytuve neturi viršyti 14 m 3 /s. Jei tenka valyti didesnius dujų tūrius, reikia montuoti gaudytuvų baterijas. Valymo efektyvumas svyruoja nuo 90 iki 95 % ir priklauso nuo dalelių dydžio pav. Priešsrovinio skruberio su įkrova schema. 1 skruberio korpusas, 2 įėjimo atvamzdis, 3 įkrova; 4 įkrovos grotelės, 5 skysčio tiekimo vamzdis, 6 išvalytų dujų išėjimo atvamzdis, 7 skysčio nukreipiamasis kūgis, 8 dumblo (šlamo) pašalinimo sklendė (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) 2.18 pav. Skruberio su įkrova ir skersiniu drėkinimu schema. 1 korpusas, 2 purkštuvai, 3 drėkinimo įrenginys, 4 atraminis tinklas, 5 įkrova, 6 dumblo rinktuvas (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) 38

40 2.19 pav. Dulkėgaudžio su horizontaliai tekančiu skysčiu schema. 1 korpusas, 2 lentyna, 3 skysčio kamera, 4 slenkstis, 5 dumblo kamera (ŠVENČIANAS P., 1994) 2.20 pav. Dulkėgaudžio su priešpriešais tekančiais dujų ir skysčio srautais schema. 1 korpusas, 2 laistymo įrenginys, 3 lentyna (ŠVENČIANAS P., 1994) 2.21 pav. Cilindrinio dulkėgaudžio su judančia įkrova schema. 1 atraminė lentyna, 2 rutuliukų įkrova, 3 rutuliukų atatrankos lentyna, 4 purkštuvas, 5 lašų gaudytuvas (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) Dulkėgaudžiai su judančia įkrova (2.21 pav.) yra efektyvesni negu putų aparatai. Juose įkrova yra tuščiaviduriai ir vientisi rutuliai iš polimerinių medžiagų, stiklo arba akytos gumos. Įkrovos gali būti įvairios formos (žiedai, balneliai ir kt.). Įkrovos medžiaga būna mažesnio tankio už oro ir skysčio tankį, kad galėtų laikytis pakibusi tame mišinyje. Dulkėgaudžiuose su judančia įkrova oro srauto greitis siekia 5 6 m/s ir 2 3 kartus viršija greitį putų aparatuose. Smūginiai-inerciniai dulkių gaudytuvai. Tokiuose aparatuose valomo oro srautas kontaktuoja su skysčiu dėl atsimušančio į skysčio paviršių srauto. Susidariusi suspensija toliau pereina pro įvairių konfigūracijų kiaurymes arba patenka į skystosios fazės separatorių. Susidaro μm dydžio lašeliai. Dulkės, veikiamos inercijos ir gravitacinių jėgų, nusėda dumblo vonioje. Vienas iš paprasčiausių tokios rūšies gaudytuvų yra dulkių gaudytuvas su centriniu nuleidžiamuoju vamzdžiu (2.22 pav.). Šiame aparate nevalytas oro srautas dideliu greičiu atsimuša į skysčio paviršių, 180 kampu pakeičia judėjimo kryptį ir išvalytas išteka pro 4 atvamzdį. Tobulesnis yra Doilio skruberis (2.23 pav.), kuriame įrengtas siaurėjantis kūgis, leidžiantis padidinti oro srauto greitį iki m/s. Atsimušus dulkėtam 39

41 orui į skystį, susidaro lašelių uždanga. Hidraulinis aparato pasipriešinimas siekia Pa, sunaudojama apie 3 l skysčio 1 m 3 oro išvalyti pav. Smūginio-inercinio ulkių gaudytuvo su nuleidžiamuoju amzdžiu schema. 1 nevalyto oro įleidimo amzdis, 2 rezervuaras su skysčiu, 3 tūta pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) 2.23 pav. Doilio skruberio schema. 1 vamzdis; 2 dulkėtas oras (dujos), 3 pertvara, 4 išvalytas oras, 5 skystis, 6 dumblas (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕР- СНОЙ ФАЗЫ..., 2004) Greituminiai dulkių valytuvai tai efektyviausieji mikroninių ir submikroninių dulkių iš oro (dulkių) valymo aparatai. Dujų (oro) srauto greitis juose siekia nuo 60 iki 150 m/s. Greituminiams dujų valytuvams priskiriami (2.24 pav.): Venturi skruberiai, diafragminiai (droseliniai skruberiai), skruberiai su slankiąja diskine sklende pav. Greituminių dujų valytuvų schemos. a Venturi, b diafragminis, c su diskine sklende (pagal ВЫДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ..., 2004) Greituminių skruberių konstrukcijos yra įvairios. Visi tokie aparatai pasižymi aukštu išvalymo efektyvumu, iš dujų (oro) valo mikronines ir submikronines dulkes, tačiau jie turi nemažą hidraulinį pasipriešinimą, būtina juose įrengti lašelių gaudytuvą. Labiausiai iš tokių aparatų paplitę Venturi skruberiai, kuriuose dulkės sulaikomos skysčio lašelių paviršiuje (2.25 pav.). Jie susideda iš dviejų pagrindinių dalių: Venturi vamzdžio (tūtos) ir lašelių gaudytuvo (ciklono) 5. Venturi vamzdį sudaro konfuzorius 2, cilindrinė dalis 3 ir difuzorius 4. Į konfuzorių m/s greičiu tiekiamas valomas oras, o purkštuvu 1 skystis (dažniausiai vanduo). Įgreitintas konfuzoriuje oro srautas (iki m/s ir daugiau) įpurškiamą skystį jame ir cilindrinėje dalyje 3 suskaido į smulkius lašelius. Dalelių nusėdimą ant skysčio lašelių sąlygoja skysčio masė, didelis lašelių paviršinis plotas ir didelis santykinis skysčio lašelių ir dulkių greitis. Difuzoriuje, sumažėjus oro srauto greičiui iki m/s, skysčio lašeliai su sulaikytomis ant jų dalelėmis koaguliuoja (sulimpa) ir veikiami išcentrinės ir gravitacinės jėgų nusėda dumblo pavidalu ciklone 5. 40

42 2.25 pav. Venturi skruberio schema. 1 skysčio purkštuvas, 2 konfuzorius, 3 cilindrinė dalis (gerklė), 4 difuzorius, 5 lašelių rinktuvas (ciklonas) (pagal МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ, 2011) Siekiant Venturi vamzdyje sudaryti optimalias dujų srautui tekėjimo sąlygas, reikia, kad cilindrinės dalies ilgis l 2 būtų 0,15 d 2 dydžio, esant dujų srauto greičiui cilindre ( m/s). Konfuzoriaus siaurėjimo kampas būna o, o difuzoriaus α o. Maksimalūs konfuzoriaus ir difuzoriaus skersmenys d 1, d 3 gali būti apskaičiuojami pagal formulę: 4L d1, d3 m, (2.51) 3600 v čia L skruberio našumas m 3 /h; v dujų (oro) srauto greitis m/s. 150) m/s. Skaičiuojant cilindrinės dalies skersmenį d 2 priimama, kad oro judėjimo greitis v 2 = (60 Konfuzoriaus ir difuzoriaus ilgiai apskaičiuojami pagal formules (МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ, 2011): l l 1 2 d1 d 2 m, (2.52) tg d3 d 2 m, (2.53) tg čia l 1, l 3 konfuzoriaus ie difuzoriaus ilgis m; d 2 Venturi vamzdžio cilindrinės dalies skersmuo m; α 1, α 2 konfuzoriaus ir difuzoriaus kūgiškumo kampai laipsniais. Venturi skruberio efektyvumas, valant iš oro 1 2 μm dydžio ir iki 100 g/m 3 koncentracijos dulkes, siekia 0,96 0,98 vertes. Vandens sunaudojama apie 0,4 0,6 l vienam kubiniam metrui oro išvalyti, galima išvalyti m 3 /h užteršto oro. 41

43 2.5. Cheminių teršalų valymas iš oro Žemės ūkio gamyboje orą dujomis labiausiai teršia gyvulininkystės kompleksai, fermos, katilinės, transporto priemonės ir kiti gamybiniai objektai. Aplinkos tarša nuo dujinių teršalų gali būti mažinama tobulinant gamybos technologijas, hermetizuojant įrenginius, diegiant aspiracijų (vėdinimą), įrengiant aukštus kaminus ir kt. Tokios priemonės teršalų mažinimo problemą sprendžia tik iš dalies, nes teršalai patenka į kitas vietas, tolimesnius rajonus. Cheminių teršalų valymo iš oro metodai parenkami, atsižvelgiant į teršalų kilmę, jų chemines savybes, kiekį, koncentraciją, technines sąlygas, ekonominius rodiklius ir kt. Oro valymo nuo cheminių teršalų dažniausiai naudojami prevenciniai bei end of pipe metodai. Naudojant prevencinį metodą, keičiami daug teršalų išskiriantys procesai mažiau taršiais, tobulinamos technologijos, įrenginiai, ventiliacinės sistemos ir pan. Naudojant end of pipe metodą yra valomos išmetamosios dujos. Dujos gali būti valomos absorciniais, adsorbciniais, oksidaciniais, kondensaciniais, cheminiais, membraniniais ir kitais būdais Absorbcinis dujų valymas Dujų absorbcijos procesas apibrėžiamas kaip masės kaitos procesas, kai dujas ar garus (absorbtyvą) sugeria skystis (absorbentas). Absorbcija būna fizikinė ir cheminė. Fizikinės absorbcijos metu absorbentas (vanduo, organiniai tirpalai) sugeria dujas arba garus (absorbtyvą), bet tarp jų nevyksta cheminė reakcija. Kai tarp absorbento ir absorbtyvo vyksta cheminė reakcija, tokia absorbcija vadinama chemine arba chemosorbcija. Fizikinė absorcija (dažnai vadinama tiesiog absorbcija) yra selektyvusis ir grįžtamasis procesas. Selektyvusis procesas naudojamas tada, kai dujų ar garų mišinius reikia išskirstyti į atskirus komponentus. Šiuo atveju galima parinkti tokį absorbentą, kuris sugertų tik tam tikrus mišinio teršalus. Po fizikinės absorbcijos dažnai atliekama desorbcija (grįžtamasis procesas), kurios metu, šildant absorbentą arba virš jo sumažinant slėgį, išskiriami vienas ar keli absorbuoti komponentai. Po chemosorbcijos naudotasis absorbentas regeneruojamas cheminiais metodais arba kaitinant absorbentą. Naudojant kartu absorbcijos ir desorbcijos procesus, galima iš dujų ar garų mišinio išskirti ne tik grynus tam tikrų dujų komponentus, bet ir kelis kartus naudoti tą patį absorbentą. Absorbcija naudojama katilinėse, šalinant iš kūryklų dujų sieros junginius, organinių tirpiklių (alifatiniai ir aromatiniai angliavandeniliai, halogeninti angliavandeniliais, alkoholiai ir kt.) rekuperacijai, organinių ir neorganinių junginių, sieros vandenilio, aldehidų, fenolių nukenksminimui, kritusių gyvulių kūnų utilizavimui ir kt. Įrenginiai (aparatai), kuriuose vykdoma absorbcija, vadinami absorberiais. 42

44 Absorberiai priklausomai nuo dujų lietimosi su absorbento paviršiumi būna paviršiniai-plėveliniai, barbotiniai, purkštuviniai. Paviršiniuose-plėveliniuose absorberiuose dujos ar garai kontaktuoja su skysčio veidrodiniu paviršiumi arba tekančio skysčio plėvele. Šiai grupei taip pat priskiriami įkrautiniai absorberiai, kuriuose įkrova yra žiedai, gabalinės kietosios medžiagos ir kt., taip pat mechaniniai plėveliniai absorberiai. Barbotiniuose absorberiuose dujos kontaktuoja su skysčio burbuliukais arba srovelėmis. Purkštuviniams absorberiams priklauso aparatai, kuriuose skystis išpurškiamas smulkiais lašeliais dujų sraute. Ši absorberių klasifikacija yra tik sąlyginė, nes ji atspindi ne konstrukcijos, o dujų kontakto charakterį su skysčiu. Šiuo metu labiausiai paplitę yra įkrautiniai ir barbotiniai lėkštiniai absorberiai. Įkrautinius absorberius sudaro kolonos, užpildytos įkrova iš įvairios formos kietųjų kūnų (2.26 pav.). Įkrova dedama ant atraminių tinklelių. Siekiant, kad skystis geriau drėkintų įkrovą, ji kolonoje užpildoma sekcijomis (2.26 b pav.). Įkrautiniuose absorberiuose dujos ir skystis teka priešpriešiais, o plėveliniuose absorberiuose skystis plėvele teka visame aukštyje pav. Įkrautiniai absorberiai: a su vientisu įkrovos sluoksniu, b su į sekcijas pakrauta įkrova:1 atraminiai tinkleliai, 2 įkrova, 3 skysčio skirstytuvas, 4 skysčio skirstytuvas, 5 latakas, 6 vamzdelis (pagal ОЧИСТКА ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ, 2011) Įkrautinius absorberius stengiamasi užpildyti įkrova, kurios savitasis paviršius būtų kuo didesnis. Įkrovos gaminamos iš metalų, keramikos, plastikų ir kt. Dažniausiai naudojami Rašigo žiedai (2.27 pav.), kurių skersmuo lygus jų aukščiui. Įkrautiniai absorberiai pasižymi paprasta konstrukcija ir mažu hidrauliniu pasipriešinimu, bet turi šių trūkumų: sunkai aušinami, blogai drėkinama įkrova su mažo tankio skysčiais, reikia didesnių įkrovos tūrių. Tobulesni yra barbotiniai lėkštiniai absorberiai. 43

45 2.27 pav. Įkrovos rūšys. a Rašigo žiedų įkrova; 1 atskiri žiedai, 2 netvarkingai supilti žiedai, 3 reguliarioji įkrova; b fasoninė įkrova; l Pallio žiedai, 2 balno formos įkrova, 3 žiedai su kryžiaus formos pertvaromis, 4 keramikos blokai, 5 iš vielos susukta įkrova, 6 žiedai su vidine spirale, 7 propelerinė įkrova, 8 medžio strypelių įkrova (BALANDIS A. ir kt., 2007) Lėkštiniai adsorberiai yra vertikalūs apvalieji (rečiau keturkampiai) cilindrai kolonos, kuriuose tam tikrais tarpais įrengtos horizontalios pertvaros lėkštės. Skystis dažniausiai teka iš viršutinės lėkštės į apatinę, o dujos iš apačios į viršų. Kiekvienoje lėkštėje vyksta skysčio ir dujų kryžminis judėjimas arba skysčio maišymasis. Lėkštės pagal skysčio persipylimo principą būna su skysčio persipylimo elementais ir be jų arba ištisinio tekėjimo. Kolonos su skysčio persipylimo elementais būna su gaubtuvinėmis, tinklinėmis, vožtuvinėmis ir kitokiomis lėkštėmis (2.28 pav.) pav. Kolonos su skysčio persipylimu ir lėkščių su kapsulių formos gaubteliais schemos: a kolona su lėkštėmis, b dvi gretimos lėkštės, c, d kapsulių formos gaubteliai; 1 lėkštės,2 garų vamzdeliai, 3 apvalūs gaubteliai, 4 persipylimo pertvaros arba vamzdžiai su slenksčiais, 5 hidraulinės užtvaros, 6 kolonos korpusas (BALANDIS A. ir kt., 2007) 2.29 pav. Kolonos su tinklinėmis lėkštėmis, turinčiomis persipylimo latakus schema: a kolona su lėkštėmis, b dvi gretimos lėkštės; 1 lėkštės, 2 persipylimo pertvaros, 3 hidraulinės užtvaros, 4 korpusas (BALANDIS A. ir kt. 2007). 44

46 Tokiose kolonose skystis teka nuo vienos lėkštės į kitą (2.28 pav., a). Dujos pereina pro lėkščių gaubtelių įpjovas, patenka į virš lėkščių tekantį skystį, sudaro putų sluoksnį, kuriame vyksta absorbcijos procesas. Tinklinės kolonos turi daug 2 8 mm skersmens skylučių (2.29 pav.). Dujos pro tokias lėkštes turi tekėti pakankamu slėgiu ir greičiu, kad per skylutes nepratekėtų žemyn skystis. Vožtuvinio tipo lėkštėse (2.30 pav.) skylutes dengia vožtuvai, kurių atsidarymo tarpas priklauso nuo dujų srauto debito. Dujų greitis tokiuose tarpuose ir virš lentynos esančiame skystyje būna beveik pastovus, tokios lentynos dirba efektyviai pav. Lėkščių su vožtuvais schema: a dvi gretimos lėkštės su apvaliais vožtuvais, b vožtuvų darbo principas; 1 lėkštė, 2 vožtuvas, 3 persipylimo pertvara su slenksčiu, 4 hidraulinė užtvara, 5 kolonos korpusas, 6 vožtuvo diskas, 7 vožtuvo pakilimo ribotuvas,; c apvalūs vožtuvai su viršutiniais ribotuvais (I) ir su papildomu svoriu (II): 1 disko formos vožtuvas,2 ribotuvas, 3 papildomas svoris (BALANDIS A. ir kt., 2007) Purkštuviniuose absorberiuose skysčio ir dujų sąlyčio paviršius padidinamas išpurškiant skystį dujų sraute arba jį paverčiant purslais panašiai kaip skruberiuose (2.16; 2.22; 2.23 pav.). Tokie absorberiai gali būti suskirstyti į tris grupes: 1) absorberiai, kuriuose skystis išpurškiamas lašelių pavidalo purkštuvais; 2) absorberiai, kuriuose lašeliai išgaunami dėl dujų srauto kinetinės energijos; 3) absorberiai, kuriuose skystį išpurškia besisukančios detalės. Parenkant absorberius reikia nustatyti skysčio kiekį G a, kurio reikia dujoms sugerti, dujų ir skysčio sąlyčio plotą S ir papildomus parametrus (siurblio našumą, rezervuarų dydį ir kt.). Skysčio kiekis G a gali būti išreiškiamas iš formulės (МЕДВЕДЕВ В.Т., 2002): y y G x m G g/s, (2.54) d 1 2 a 2 x1 čia m sugertoji skystyje komponento masė g/s; G d, G a dujų ir skysčio debitas m 3 /s; y 1, y 2 pradinė ir galutinė dujinio komponento koncentracija valomosiose dujose g/m 3 ; x 1, x 2 pradinė ir galutinė dujinio komponento koncentracija sugeriamajame skystyje (absorbente) g/m 3. 45

47 Dujų ir skysčio sąlyčio plotas apskaičiuojamas pagal formulę (МЕДВЕДЕВ В.Т., 2002): S 10 3 m/ k a p v m 2, (2.55) čia k a absorbcijos koeficientas (masės mainų koeficientas) kg/(m 2 h Pa); p v absorbcijos vidutinė varos jėga Pa (arba N/m 2 ). Absorbcijos koeficientas, charakterizuojantis dujinio komponento tirpimo (sugėrimo) greitį skystyje, nustatomas pagal bendrąjį difuzijos per skystį ir dujas pasipriešinimą (МЕДВЕДЕВ В.Т., 2002): k a 0, 25 13,7 d čia M molinė sugeriamo komponento masė kg; ω dujų greitis laisvajame skruberio pjūvyje m/s; T absoliučioji temperatūra K; d ekvivalentinis įkrovos skersmuo, kuris lygus keturgubam įkrovos gyvajam pjūviui, padalintam iš jo lyginamojo paviršiaus m. Chemosorbcija grindžiama dujų ir garų sugėrimu skystyje arba kietame absorbente, kuriame susidaro mažai lakūs arba mažai tirpūs cheminiai junginiai. Chemosorbcijos sugeriamosios savybės beveik nepriklauso nuo slėgio, todėl chemosorbcija labiau naudotina esant nedidelei dujų koncentracijai. Daugelis chemosarbcijos reakcijų yra egzoterminės (atiduodančios šilumą) ir grįžtamosios, todėl pakilus skysčio temperatūrai, sugertosios dujos skyla į pradinius komponentus. Šiuo principu yra pagrįsta chemosorbento desorbcija. Chemosorbcijos įrenginiai būna: įkrautinės kolonos, barbotiniai, putų ir Venturi skruberiai, mechaniniai purkštuvai. Naudojami įkrautiniai su judančia įkrova aparatai yra didelio našumo, mažo hidraulinio pasipriešinimo. Chemosorbcija plačiai naudojama valant iš dujų jų oksidus. Pagrindinis trūkumas yra tai, kad sumažėja valomųjų dujų temperatūra, dėlto pablogėja jų emisija (išsklaidymas) atmosferoje. Chemosorbcijos metu susidaro nemažai dumblo, kurį prieš šalinimą reikia nukenksminti Adsorbcinis dujų valymas Adsorbcija reiškinys, kai skysčio ir kietojo kūno paviršiuje iš dujų ar tirpalo kaupiasi kokia nors medžiaga. Adsorbcija yra pagrįsta kai kurių kietųjų kūnų fizikine savybe savo porų paviršiumi arba tūriu selektyviai sugerti ir koncentruoti valomų dujų, garų komponentus arba ištirpusias medžiagas. Sugeriamasis komponentas (medžiaga) vadinama adsorbtyvu, o adsorbento sugertoji medžiaga adsorbatu. Adsorbcija skirstoma į fizikinę ir cheminę. Fizikinės adsorbcijos metu adsorbento paviršiuje prilimpa molekulės, veikiamos Vander der Valso tarpmolekulinių traukos jėgų. 46 0,25 6 0,75 53,7 10 M 0,0011T 0,18 kg/(m 2 h Pa), (2.56) ekv

48 Adsorbcijos proceso metu priklausomo nuo traukos jėgos dydžio išsiskiria į aplinką nuo 2 iki 20 kj/mol šilumos kiekis. Cheminės adsorbcijos metu sugeriamoji medžiaga reaguoja su adsorbentu jo paviršiuje ir susidaro naujos cheminės medžiagos. Adsorbcijos procesai yra selektyvūs (atrankūs) ir grįžtamieji. Adsorbcijos grįžtamasis procesas vadinamas desorbcija. Tai adsorbcijos pagrindinis privalumas, kai naudinga rekuperuoti adsorbuotas dujas ar adsorbentą. Adsorbcijos proceso metu naudojami adsorbentai. Tai poringieji kūnai, kurie turi didelį porų tūrį. Pagal kilmę (cheminę sudėtį) adsorbentai skirstomi į anglinius (aktyviosios anglys, nedervingos kietojo kuro rūšys, anglinės pluoštinės medžiagos), ne anglinius (silikageliai, ceolitai, aktyvusis aliuminio oksidas, aliuminio geliai, molingosios padermes) ir jonitus. Adsorbentai turi gebėti adsorbuoti tam tikras reikalingas medžiagas (esant nedidelei jų koncentracijai), būti mechaniškai atsparūs, pigūs ir regeneruotini. Plačiausiai iš adsorbentų naudojama aktyvioji anglis, silikagelis, ceolitai, jonitai. Aparatai, kuriais atliekama adsorbcija valant dujas ar skysčius, vadinami adsorberiais. Adsorberiai būna periodinio ir nuolatinio veikimo, vertikalūs, horizontalūs, žiediniai, su judančia įkrova, rotoriniai ir kt. Adsorberiai taikomi kaukėse (dujokaukėse), respiratoriuose (puskaukėse, ketvirtinėse kaukėse) žmogaus kvėpavimo organams apsaugoti nuo kenksmingų dujų, jų organinės ir neorganinės kilmės garų (chloro, sieros, vandenilio, fosforo, azoto oksidų, benzino, acetono, spirito, amoniako, sieros vandenilio ir kt.). Periodinio veikimo tipui priskiriami vertikalieji, horizontalieji, žiediniai (2.31 pav.) ir vamzdiniai adsorberiai. Jie gali būti su nejudančia (stacionaria) ir verdančia adsorbento įkrova. Periodinių su nejudančia įkrova adsorberių privalumas yra tai, kad juose tarpusavyje nesitrina adsorbento dalelės, jie pasižymi dideliu dujų išvalymo laipsniu. Pagrindinis trūkumas nedidelis dujų srauto greitis, adsorbcijos procese dėl netolygaus dujų srauto pasiskirstymo dalyvauja ne visas adsorbento kiekis. Adsorberiuose gali vykti adsorbcijos, desorbcijos, adsorbento džiovinimo ir atšaldymo procesai pav. Periodinio veikimo adsorberių schemos : a vertikalusis; b horizontalusis; c žiedinis ( pagal РАЗНОВИДНОСТИ УСТАНОВОК..., 2011) 47

49 Kai reikia išvalyti didelius dujų mišinio kiekius (ne mažesnius kaip m 3 /h, naudojami horizontalieji adsorberiai. Žiediniai adsorberiai naudojami nedidelės teršalų koncentracijos dujoms valyti. Jie kompaktiškesni, lyginant su vertikaliaisiais ir horizontaliaisiais adsorberiais, turi mažą hidraulinį pasipriešinimą, yra didelio našumo. Naudojant periodinio veikimo adsorberius ir norint, kad procesas vyktų nepertraukiamai, lygiagrečiai sujungiami keletas adsorberių. Adsorbcijos procesas vyksta daug intensyviau, naudojant nuolatinio veikimo adsorberius (2.32 pav.) pav. Adsorberio su verdančiu adsorbentu schema (DYNAMICALLY OPTIMIZED RECIRCULATION, 2005) Nepertraukiamas procesas pasiekiamas cirkuliuojant adsorbentui uždaroje sistemoje ir paskirstant kolonoje lokalines zonas, taip, kad jose vyktų vienas iš adsorbcijos, šildymo, desorbcijos, šaldymo ar kitų procesų. Tokių procesų reikalavimus geriausia atitinka adsorberiai su adsorbento judančiu ( verdančiu ) sluoksniu Terminis dujinių teršalų nukenksminimas Dujiniai teršalai, kuriuose yra degiųjų komponentų, dažnai nukenksminami terminiais metodais. Terminis nukenksminimas gali būti atliekamas vienu iš trijų būdų: tiesioginiu deginimu, termine oksidacija ir kataliziniu deginimu. Tiesioginio deginimo būdas naudotinas tada, kai degančių medžiagų koncentracija dujose didesnė, negu žemutinė užsidegimo (sprogstamumo) riba, kai priemaišų degieji komponentai išskiria ne mažiau kaip pusę deginimui reikiamos šilumos. Be papildomo kuro galima deginti dujų mišinius, kurių degimo šiluma siekia kj/m 3. Deginimo temperatūros geriausias intervalas yra nuo 700 iki 900 C. Deginant dujų mišinius, kuriuose yra angliavandenilių, azoto ir chloro junginių deginimo temperatūra pasiekia C. 48

50 Kai temperatūra pasiekia pastarąją vertę bei yra deguonies perteklius, o dujų buvimo degimo kameroje laikas viršija 0,3 s, susidaro kenksmingi azoto oksidai. Esant dujų mišinyje sieros, fosforo, halogenų, gali susidaryti daug kenksmingesni deginiai, negu jų pradiniai komponentai. Deginant organinės kilmės dujas deguonies nepritekliaus sąlygomis, susidaro kenksmingos CO dujos. Tiesioginiu deginimu geriausiai nukenksminti organines medžiagas. Tiesioginis deginimas vykdomas atvirame liepsnos fakele arba įvairios konstrukcijos krosnyse. Siekiant, kad fakelo liepsna būtų nerūkstanti, papildomai tiekiami vandens garai, kuriem reaguoja su angliavandeniliais susidaro vandenilis ir anglies oksidas. Deginimo metu gautų dujinių degimo produktų kiekiai gali būti apskaičiuoti pagal formulę (ŠVENČIANAS P., 1994): čia V Q c t V c t d ž k k o o o d m 3 /m 3, (2.57) tadcd d Q ž dujinių degiųjų elementų žemutinė degimo šiluma kj/m 3 ; t k degiųjų dujų temperatūra o C; c k degiųjų dujų specifinė šiluma kj (m 3 K); V o teoriškai degimui reikiamo oro ar kito oksidatoriaus tūris m 3 /m 3 ; t o degimui tiekiamo oro ar kito oksidatoriaus temperatūra o C; c o oro ar kito oksidatoriaus specifinė šiluma kj/(m 3 K); α oro pertekliaus koeficientas; t ad adiabatinė degimo temperatūra o C; c d dujinių degimo produktų specifinė šiluma kj/(m 3 K). Terminė oksidacija naudojama esant didelei nukenksminamųjų dujų temperatūrai ir nepakankamam deguonies kiekiui bei esant degančiųjų priemaišų nepakankamai koncentracijai, kuri užtikrintų reikiamą šilumos kiekį degimui palaikyti. Terminė oksidacija vyksta esant reikiamai temperatūrai, turbulentiškumui ir oksidavimosi trukmei. Dujų oksidavimasis degimo kameroje užtrunka 0,3 0,8 s. Turbulentiškumas charakterizuoja gerą deguonies maišymąsi su nukenksminamųjų dujų komponentais. Tuomet oksidavimosi temperatūra priklauso nuo degančiųjų komponentų charakteristikų. Pavyzdžiui, angliavandeniliai oksiduojasi esant C temperatūrai, anglies monoksidas C, nemalonūs kvapai C. Kai nukenksminamosios dujos yra aukštos temperatūros, jų oksidavimuisi turi būti papildomai tiekiamas neužterštas oras. Kai dujų temperatūra yra nepakankama oksidacijai vykti, jos papildomai šildomos šilumokaityje, tada tiekiamos į degimo kamerą, kurioje deginamos gamtinės ar kitos kaloringos dujos. Paprasčiausiame terminės oksidacijos įrenginyje (2.23 pav.) nukenksminamos dujos atvamzdžiu 1 yra tiekiamos į šilumokaitį 2, o iš jo pašildytos į V formos kolektoriaus ertmę 3. 49

51 Čia nukenksminamosios dujos pasiekia reikiamą temperatūrą ir oksiduojasi su esančiu tose dujose deguonimi. Dujos baigia oksiduotis (degti) sumaišymo kameroje 4, kurioje degimo fakelo uodega kontaktuoja su dujomis, turbulizuojamomis dėl pertvarų. Ištekančios per vamzdį 5 išvalytos dujos patenka į atmosferą arba į šilumokaitį, kad rekuperuotų dujų šilumą. Terminės oksidacijos pagrindinis privalumas yra tai, kad oksidacijos procesas vyksta santykinai neaukštoje temperatūroje, o tai leidžia sumažinti išlaidas degimo kamerai įrengti ir išvengti azoto oksidų susidarymą pav. Terminės oksidacijos įrenginio schema. 1 nukenksminamųjų dujų tiekimo atvamzdis, 2 šilumokaitis, 3 degiklis, 4 degimo kamera, 5 nukenksmintų dujų išėjimo vamzdis (pagal БЕЛОВ С. В. и др., 2004) Optimalus nukenksminamųjų dujų, pratekančių per degiklio tūtą, greitis turėtų siekti 4,5 7,5 m/s. Degimo kameros skersmuo projektuojamas priklausomai nuo dujų oksidavimo trukmės ir turbulencijos intensyvumo. Katalizinis degimas dažnai vadinamas katalizine oksidacija. Katalizė cheminės reakcijos greitinimas, veikiant pridėtoms į reakcijos terpę medžiagoms katalizatoriams. Katalizatorius dalyvauja reakcijoje, sudaro tarpinius junginius su reagentais, bet po reakcijos lieka chemiškai nepakitęs. Katalizinis deginimas iš esmės skiriasi nuo terminės oksidacijos, nes jis vyksta trumpesnį laiką, jam būdinga C temperatūra, energijos sąnaudos daug mažesnės. Dažniausiai katalizatoriai būna metalai (platina, paladis ir kiti taurieji metalai) arba jų junginiai (vario, mangano oksidai ir kt.). Naudojamų katalizatorių aktyvumas bėgant laikui mažėja, nes susikaupus priemaišų sumažėja jų aktyvusis paviršius. Stabilieji katalizatoriai gali būti aktyvūs daugiau kaip 10 metų. Nukenksminant dujų mišinius, kuriuose yra geležies, švino, silicio, fosforo ar sieros junginių katalizatorių aktyvumas ir naudojimo laikas labai sumažėja. Kataliziniai dujų nukenksminimo metodai naudojami autotransporto deginių biologinės kilmės kvapų, lakų, dujinių teršalų nukenksminimui, cheminių medžiagų sintezei ir kt. Dujų nukenksminimas atliekamas įvairių konstrukcijų kataliziniuose reaktoriuose (2.34 pav.), kurie dažnai paprasčiausiai vadinami katalizatoriais. 50

52 2.34 pav. Katalizinių reaktorių schemos; a su nejudančiu katalizatoriaus sluoksniu, b tas pats, bet su šaldymu, c daugiasluoksnis su šaldymu, d s u pseudo skystuoju sluoksniu, e tas pats, bet su šaldymu, f daugiapakopis su pseudo judančiu sluoksniu, g su judančiu sluoksniu; 1 nejudantis sluoksnis, 2 šaldytuvas; 3 pakilęs sluoksnis, 4 regeneratorius, 5 judantis sluoksnis, 6 elevatorius (pagal ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ, 2011) Automobiliniuose katalizatoriuose katalizuojančia medžiaga dažniausiai naudojami platina, paladis, rodis. Platina ir paladis dalyvauja oksiduojant anglies monoksidą (CO) ir nesudegusius angliavandenilius (C m H n ), o rodis redukuojant azoto oksidus (NO x ). Katalizatoriuose gali vykti tokios oksidacijos reakcijos: 2CO2 O2 2CO2, (2.58) n n CmH n m O2 mco2 H 2O. (2.59) 4 2 Azoto oksidai neutralizuojami redukcijos reakcijos metu, jiems reaguojant su CO arba H 2 dujomis: 1 NO CO N2 CO2. 2 (2.60) 1 NO H 2 N H 2O. 2 (2.61) Katalizatorių nešiklių (karkasų) korėtieji narveliai gaminami iš sunkiai išsilydančių metalų oksidų (pvz., Al 2 O 3 ) (2.35 pav.). Katalizatoriaus kontaktinio paviršiaus plotas apytikriai siekia m 2 (УСТРОЙСТВО... КАТАЛИЗАТОРОВ) pav. Automobilio katalizatoriaus sandara (GALDIKAS A., 2010) 51

53 2.6. Biologinis dujų nukenksminimas Daugelis žemės ūkio gamybos objektų, jos produktų perdirbimo ir saugojimo įmonės skleidžia ne tik kenksmingas, bet ir nemalonaus kvapo dujas. Tokie kvapai dažnai nukenksminami biologiniais metodais mikroorganizmų sugebėjimu skaidyti, oksiduoti ar asimiliuoti sulaikytus teršalus. Biologinio teršalų nukenksminimo gera ypatybė yra tai, kad panaudojami ekologiniu požiūriu racionalūs, nekenksmingi aplinkai, be cheminių reagentų procesai. Dujos yra leidžiamos per mikroorganizmų turinčią terpę. Kai teršalai kontaktuoja su terpės medžiaga, jie ne tik adsorbuojami, bet mikroorganizmų metabolizuojami iki CO 2, H 2 O ir kitų bekvapių dujų. Biologiniai nukenksminimo procesai yra nebrangūs, jie naudojami esant nedidelei teršalų koncentracijai, kai neapsimoka ekonomiškai juos rekuperuoti ar deginti. Biologinių dujų nukenksminimas gali būti realizuojamas: filtrais su drėgno juodžemio, durpės, komposto, medžio (pušinio) žievės sluoksniu, per kurį skverbiasi valomosios dujos. Tokie filtrai, išskyrus medžio žievės filtrus, dažnai vadinami gruntiniais. filtrais su inertinių medžiagų įkrova, kurios paviršiuje dirbtinai išauginama biologinė plėvelė. Jie vadinami aerofiltrais; barbotiniais aparatais su aktyviuoju dumblu. Tai biologinio valymo absorberiai arba bioskruberiai; biokataliziniu dujinių teršalų valymu. Gamtiniai filtrai dažniausiai naudojami mėsos cechuose, taukų lydyklose, žuvies miltų, kaulų klijų, muilo gamyklose, gyvulininkystės fermose, nuotekų dujoms, turinčioms sulfidų, valyti ir kituose objektuose. Gruntiniais filtrais galima nukenksminti nemalonius organinių medžiagų kvapus, esant filtrų aktyviosios masės apkrovai iki 100 mg/(kg h). Gruntinių filtrų svarbiausias elementas yra mikroorganizmų nešiklis įkrova (2.36 pav.) pav. Biofiltro konstrukcijos schema (didžiaplotis biofiltras) (DENAFAS G., 2000 b) 52

54 Organinių medžiagų įkrova naudojama 2 5 metus, jos tankis apie 0,4 t/m 3, sluoksnio storis 0,5 1,5 m. Biofiltro įkrovos medžiaga parenkama pagal teršalų pobūdį. Mikroorganizmai ne tik maitinasi įkrovos medžiagomis, bet jas ir regeneruoja. VGTU Aplinkos apsaugos institutas rekomenduoja lakiuosius organinius junginius (LOJ) iš oro valyti biofiltrais su suaktyvinta pušų žievės įkrova. Filtruose su inertinių medžiagų įkrova filtruojančiuoju sluoksniu yra uolienų skalda, žvyras, keramzitas, plastikų grūdeliai ir kt. Filtruojančiosios įkrovos, kuria gali būti ir aktyvioji anglis, grūdelių paviršiuje susidaro biologinė plėvelė iš aerozolinių mikroorganizmų. Tokiuose filtruose mikroorganizmai turi būti maitinami medžiagomis, turinčiomis azoto, fosforo, kalio ir mikroelementų, turi pakakti deguonies bei drėgmės. Valomo oro buvimo filtre reikiamas laikas apskaičiuojamas pagal formulę (DENAFAS G b): F h n s, (2.62) 100L čia τ reakcijos laikas s; F filtro paviršiaus plotas m 2 ; h įkrovos aukštis m; n įkrovos porėtumo tūris %; L ištakų debitas m 3 /h. Biofiltrai skirstomi į didžiapločius pakopinius (2.36 pav.), korių pavidalo, bokštinius. Didžiapločių filtrų paviršiaus ploto apkrova būna nuo 20 iki 300 m 3 /(m 2 h), įkrovos aukštis 0,5 1,5 m, įkrovos skerspjūvio plotas iki 2000 m 2. Pakopiniuose biofiltruose dujos teka per nuosekliai sujungtus kelis filtro sluoksnius, tokie filtrai užima mažiau ploto, negu didžiapločiai. Korių pavidalo filtruose įkrova būna statmenuose koriuose, kurie sudaro didelį skerspjūvio plotą, leidžiantį didesnes filtro apkrovas. Bokštiniuose filtruose įkrovos aukštis siekia iki 6 m, užima mažą plotą. Absorberiai (bioskruberiai) dažniausiai naudojami turinčioms sieros junginių dujoms valyti (pvz., fermų sieros vandeniliui). Tokiuose absorberiuose veiklioji terpė yra chloralė (žaliadumblis Chlorella). Bioskruberiuose teršalai pirmiausia absorbuojami vandens plovikliu, paskui nukreipiami į aktyviojo dumblo ar biologinį vandens filtrą, kuriuose biologiškai suskaldomi. Biofiltrai turi ir trūkumų: jie nejautrūs teršalų pasikeitimui dujose, mikroorganizmai nesugeba greitai adaptuotis prie kitokių teršalų ar pakitusios jų koncentracijos, dujos per organinių medžiagų filtrą skverbiasi lengviausiu keliu, neužsilieka reaktoriuje tiek, kiek reiktų teršalams nukenksminti. 53

55 3. HIDROSFEROS APSAUGA 3.1. Vandens ištekliai, savybės ir reikšmė Hidrosfera Žemę gaubiantis vandens sluoksnis (vandenynai, jūros, atmosferos ir sausumos vandenys). Manoma, kad vanduo Žemėje susidarė prieš mln. metų. Vandens atsargos Žemėje sudaro apie 1, km 3 ir užima km 2, arba 70 % jos teritorijos, vandens masė apie 1, t, arba 0,022 % visos Žemės masės. Vidutinis hidrosferos gylis yra 3554 m. Jei visas vandens sluoksnis tolygiai pasiskirstytų Žemės paviršiuje, jo storis siektų 2718 m. Pagrindinė vandens apytaka vyksta tarp Žemės paviršiaus (vandenynų, sausumos) ir atmosferos. Į planetos paviršių iškrenta per metus apie m 3 kritulių, atmosferoje susikaupia apie 12, m 3 vandens garų, todėl metinis vandens apytakos ciklų kiekis siekia 45 ciklus. Gėlas vanduo, kuriame yra mažiau kaip 0,01 % ištirpusių druskų, sudaro apie 2,53 % visų planetos vandens atsargų (3.1 lentelė), ¾ jų kiekio yra sunkiai pasiekiamose vietose. 3.1 lentelė. Pasaulio vandens atsargos (pagal КРИВОШЕИН Д. А., 2003; GLEICK P. H., 1996) Vandens dalis nuo Vandens šaltinis arba rūšis Pasiskirstymo pasaulinių atsargų % Tūris km 3 teritorija Sluoksnio gėlo tūkst. km 2 storis m visų vandens Vandenynai, jūros įlankos ,5 - Gruntiniai (požeminiai) vandenys: ,7 - gėlasis vanduo ,76 30,10 dirvos drėgmė ,2 0,001 0,05 Ledynų ir nuolatinių sniegynų: , ,74 68,70 Antarktida ,56 61,70 Grenlandija , ,17 6,68 Arktika , ,006 0,24 Kalnų viršūnių ,003 0,12 Amžinojo įšalo gruntinis ledas ,022 0,86 Vandens atsargos ežeruose: ,7-0, gėlasis ,4 73,6 0,007 0,26 - druskingas ,3 103,8 0,006 - Pelkės ,6 4,48 0,0008 0,03 Upių vagos ,014 0,0002 0,006 Biologinis vanduo ,002 0,0001 0,003 Atmosfera ,025 0,001 0,04 Bendrosios vandens atsargos Gėlas vanduo ,531 - Ledynuose, kalnų viršūnėse, nuolatiniuose netirpstančiuose sniegynuose yra susikaupę 68,7 % visų gėlojo vandens atsargų, iš jų Antarktidoje 61,7 %, gruntiniuose Žemės sluoksniuose 30,1 %, upių vagose 0,006 %, atmosferoje 0,04 %, arba apie 7 kartus daugiau nei upėse. Apie 80 % gėlojo vandens poreikių žmonija patenkina iš upių vandens ( km 3 ) (МЕДВЕДЕВ В. Т., 2002). 54

56 Pastaruoju metu pasaulyje didžiausias vandens vartotojas yra žemės ūkio gamyba. Išauginant 1 t kviečių sunaudojama 1500 m 3 vandens, 1 t ryžių per 7000 m 3, 1 t medvilnės apie m 3. Antrasis stambus vandens naudotojas pramonė. Pvz., 1 t plieno pagaminti reikia m 3 vandens, 1 t plastmasės m 3 vandens, 1 t sintetinio kaučiuko m 3. Pasaulio pramonės šakos (be energetikos) kasmet sunaudoja apie 215 km 3 vandens, energetika 240 km 3. Pagal specialistų prognozes vandens poreikiai XXI amžiuje kasmet augs po 3 %. Šiuo metu apie 2 mlrd. žmonių patiria apsirūpinimo vandeniu sunkumus, o 2025 m. pusė Žemės gyventojų kentės nuo gėlo vandens stygiaus. Prognozuojama, kad gėlojo vandens atsargas žmonijai reikės papildyti sugėlinant vandenynų druskingą vandenį ar gabenant ledą iš Antarktidos. Naudojamas ir paviršinis gėlasis vanduo, tačiau jis yra labiau užterštas nei gruntinis požeminis, paviršinį vandenį reikia papildomai valyti. Vandens saugyklose sukaupta per km 3 paviršinio vandens. Lietuvoje gausu vandens išteklių. Kasmet čia iškrenta 48,8 km 3 vandens (748 mm kritulių), išgaruoja 33,4 km 3, o 15,4 km 3 vandens nuteka paviršiumi bei požemiu į upes, ežerus, jūrą, iš kitų valstybių upėmis atiteka dar 10,8 km 3 vandens. Pagrindinis geriamojo šaltinis Lietuvoje požeminiai vandenys. Gėlo požeminio vandens ištekliai vertinami 13 mln. m 3 per parą, suvartojama 3,2 mln. m 3 per parą (ŠAULYS V., 2007). Didelė kaimiškųjų teritorijų gyventojų dalis geriamąjį vandenį naudoja iš šachtinių šulinių. Vanduo labiausiai paplitęs Žemėje skystis, kuris nulinėje bei žemesnėse temperatūrose užšąla ir virsta kietuoju kūnu ledu, o virimo ir teigiamose temperatūrose, esant sausam orui, garuoja ir virsta dujomis. Vanduo, palyginus su kitais skysčiais, turi didelę šiluminę talpą (4,1868 kj/kg). Dėl šios savybės vanduo naktį (arba analogiškai pereinant iš vasaros į žiemos metų laiką) aušta iš lėto, o dieną (arba pereinant iš žiemos į vasarą) įšyla iš lėto. Dėl didelės šilumos talpos vanduo yra temperatūros Žemėje reguliatorius. Kita svarbi vandens savybė yra jo tankis. Vandens tankis, skirtingai nuo kitų skysčių, didėja šylant nuo 0 iki +4 o C temperatūros ir esant +4 o C temperatūrai vandens tankis yra didžiausias (siekia 1 g/cm 3 ). Šildant vandenį toliau, jo tankis mažėja, 20 o C temperatūros vandens tankis siekia 0,9982 g/cm 3. Vėstant vandeniui žemiau 4 o C, tankis mažėja iki 0,917 g/cm 3 (ledo tankis). Taigi, esant 4 o C temperatūrai, vandens tankis viršija ledo tankį. Vėstantis rudenį tvenkinyje vanduo leidžiasi į dugną, kol pasiekia 4 o C temperatūrą, o šildamas toliau kyla į viršų. Iš visų skysčių, išskyrus gyvsidabrį, vanduo turi didžiausią paviršiaus įtempimą. Grynas vanduo, neturintis ištirpusių druskų, yra blogas elektros laidininkas. Pagal ištirpusių cheminių medžiagų kiekį, t. y. mineralizaciją, gamtiniai vandenys skirstomi į gėluosius (iki 1 g/l), sūrokus (1 10 g/l), sūriuosius (10 50 g/l) ir sūrymus (>50 g/l). 55

57 Vandens kvapas rodo, kad vandenyje vyksta biocheminis puvimo procesas arba jame yra kažkokių priemaišų. Pvz., ištirpęs sieros vandenilis suteikia supuvusio kiaušinio kvapą. Vandens kvapas daugiausia priklauso nuo bakterijų, kurios ardo organines medžiagas, veiklos. Požeminiai vandenys dažniausiai neturi kvapo, yra skaidrūs. Vandens skonis taip pat priklauso nuo priemaišų kiekio. Pvz., ištirpęs natrio chloridas sukelia sūrų skonį, magnio sulfatas kartų, organiniai azoto junginiai saldoką. Geriamojo vandens kokybės reikalavimus reglamentuoja Lietuvos Respublikos higienos norma HN 24:2003. Buityje naudojamo karšto vandens temperatūra turi būti o C temperatūros, sudarant prielaidas vandens šildytuve karšto vandens temperatūrą padidinti iki 66 o C, o vartotojų čiaupuose iki 60 o C. Vanduo turi neįkainojamą reikšmę. Jis sudaro vidutiniškai apie 70 % gyvųjų organizmų masės, dalyvauja tų organizmų medžiagų apykaitos procesuose ir yra tų procesų terpė. Žmogaus kūne yra apie % vandens, skaitant nuo visos kūno masės. Vandenyje ištirpsta įvairios maisto medžiagos, kurias organizmas pasisavina, o atsiskiedusias, nereikalingas medžiagas pašalina inkstai. Vanduo dalyvauja organizmo termoreguliacijos procese žmogui prakaituojant, padeda palaikyti pastovią žmogaus kūno temperatūrą. Trijų penketų taisyklė nurodo, kad žmogus gali išgyventi 50 parų be maisto, 5 paras be vandens ir 5 minutes be oro. Sumažėjus organizme iki 10 % vandens, pasireiškia troškinimas, silpnumas, galūnių virpėjimas, gali atsirasti traukuliai, skauda galvą, pritemsta sąmonė. Vandens trūkumas tirština kraują. Įprastai per parą žmogus turėtų sunaudoti 1,5 2 l vandens, dirbdamas vidutinio sunkumo darbą 4 l, labai sunkų 5 l, o karštuose cechuose, kalvėse iki 11 l per parą. Vanduo palaiko šilumos balansą pasaulyje: vandenynai, jūros, ežerai ir kiti vandens telkiniai sugeria apie 22 % į Žemę Saulės spinduliuojamos šiluminės energijos, kurios padedamas vėliau garuoja į atmosferą ir cirkuliuodamas tarp pasaulio vandenyno, sausumos ir atmosferos perneša šilumą iš karštų Žemės platumų į vėsesnes. Vanduo skatina geologinius pokyčius išsigraužia vienose ir susikaupia kitose vietose, sukelia grunto nuošliaužas. Vanduo išnešioja ištirpusias druskas, dujas, tarpininkauja paskirstant maisto medžiagas (pvz., dirvožemyje). Žemės drebėjimų, vėjo sukeltos vandens bangos generuoja sugriovimus, žmonių žūtis ir kitokias nelaimes Vandenų klasifikacija ir tarša Vandenys skirstomi į požeminius ir paviršinius (3.1 pav.). Požeminiai vandenys klasifikuojami: pagal ištirpusių druskų kiekį į gėlą ir mineralinį; pagal slūgsojimo gylį į podirvio, gruntinį ir tarpsluoksninį; pagal temperatūrą į šiltus ir karštus (terminiai vandenys). 56

58 3.1 pav. Požeminio vandens struktūrinė schema (pagal NELSON D. O., 2011) Podirvio vandenys yra arčiausiai žemės paviršiaus, kaupiasi dirvožemyje ir nesudaro ištisinio sluoksnio. Šis vanduo labai svarbus augalams. Vanduo, prasisunkęs pro dirvožemį ir susilaikęs virš pirmojo vandeniui nelaidaus sluoksnio (vandensparos), sudaro gruntinį vandenį. Lietuvoje gruntinis vanduo slūgso negiliai, vidutiniškai 3 10 m gylyje. Gruntinį vandenį papildo kritulių vanduo. Visi gilesni vandeningieji sluoksniai, įsprausti tarp dviejų vandensparų, sudaro tarpsluoksninį (artezinį) vandenį. Gruntiniai vandenys naudojami centralizuotam ir vietiniam vandens tiekimui, o gyvenviečių ir kaimų gyventojai dažniausiai naudoja šachtinių ir artezinių šulinių ar šaltinių vandenį. Europos valstybėse viešajam vandens tiekimui naudojami ir paviršiniai vandenys. Paviršiniai vandenys upių, ežerų, tvenkinių ir kitų vandens telkinių vandenys. Lietuvoje paviršiniai vandenys skirstomi į šešias klases (pagal biocheminį deguonies sunaudojimą, mineralinį azotą ir fosfatų kiekį): labai švarūs, švarūs, mažai užteršti, vidutiniškai užteršti, smarkiai užteršti ir labai smarkiai užteršti. Pagal tikslinę paskirtį vanduo gali būti klasifikuojamas įvairiai (3.2. pav.). Žuvininkystės Žemės ūkio produktų ruošimo ir perdirbimo Laistomasis Ūkinis (buitinis)- geriamasis Žemės ūkio Vandens tikslinė paskirtis Techninis Kultūrinis-buitinis (sportui, poilsiui ir kt.) Energetinis Aušinimo Technologinis 3.2 pav. Vandens klasifikacija pagal tikslinę paskirtį 57

59 Gruntiniai vandenys labiausiai teršiami dėl intensyvios antropogeninės veiklos. Pagrindiniai taršos šaltiniai: atliekos, įmonių nuotekos, žemės ūkyje naudojamos trąšos ir pesticidai, užteršti atmosferos krituliai, užterštų teritorijų paviršinis vanduo, besifiltruojantis per dirvožemį į gruntinius ir tarpsluoksninius vandenis. Vandens teršalų grupes sudaro mineralinės, organinės, radioaktyviosios ir kitos medžiagos. Iš mineralinių medžiagų dažniausiai pasireiškia druskos, rūgštys ar metalų junginiai. Tos medžiagos keičia vandens ph, didina rūgštingumą. Iš organinių teršalų paminėtini pesticidai, trąšos, naftos produktai, tirpikliai, deguonį vartojančios medžiagos (gyvulių ir žmonių išmatos, skystos žemės ūkio, pramonės ir komunalinės atliekos). Į šachtinius šulinius (ypač kaimo vietovėse) dažnai patenka nitratų. Pagrindinės paviršinio vandens teršimo problemos kyla dėl gyvenviečių neprijungimo prie centralizuotos nuotekų surinkimo sistemos, mažo vandens nuotekio upėse vasarą, laivybos keliamos taršos Kuršių mariose ir Baltijos jūroje. Paviršinio vandens telkinius kaimiškosiose teritorijose teršia mineralinės ir organinės medžiagos, patenkančios iš žemės ūkio naudmenų, atmosferos, gyvenviečių nuotekų. Jos sukelia tų telkinių eutrofikaciją, t. y. mineralinių ir organinių išteklių didėjimą vandens telkiniuose. Eutrofikaciją labiausiai skatina biogeninės medžiagos (fosforas ir azotas). Šios medžiagos aktyvina fotosintezės procesą. išveši dumbliai ir kita augmenija, prasideda biomasės puvimas, sieros vandenilio ir kitų teršiančių vandenį medžiagų susidarymas. Pagrindinės eutrofikaciją skatinantis veiksnys yra žemės ūkis ir buitinės nuotekos. Naudojamas gausus mineralinių ir organinių trąšų kiekis patenka į vandens telkinius, upes, nunešamas į Baltijos jūrą. Dabar Baltijos jūroje yra susikaupę keturis kartus didesnis azoto ir aštuonis kartus didesnis fosforo kiekis, lyginant su 1900 metais, o pakrantės vandenys žydi kartų dažniau negu XX a. pradžioje (EUTROFIKACIJA, 2011) Vandens naudojimo mažinimas technologiniuose procesuose Vandens ištekliai yra riboti. Gėrimo ir maisto gamybos reikmėms geriau vartoti tik požeminį vandenį. Pramonėje, žemės ūkyje požeminis vanduo naudotinas tik tada, kai technologiniams procesams būtinas labai švarus vanduo, pavyzdžiui, kai reikia apsaugoti gyvulius nuo susirgimų. Suvartojamo vandens kiekį galima sumažinti įrengiant apytakines vandens naudojimo sistemas, kuriose vanduo panaudojamas keletą kartų, nevalant jo sudėtingais valymo įrenginiais. Apytakinės vandens naudojimo sistemos būna įvairios. Jose vanduo naudojamas technologiniuose procesuose, papildomi jo nuostoliai, jis aušinamas, valomos nuotekos. Kai vanduo technologiniuose procesuose yra neteršiamas, o tik įšyla, jį pakanka tik ataušinti ir 58

60 papildyti išgaravimo nuostolius (3.3 pav., a). Šildymo sistemose vietoj aušintuvų įrengiami vandens šildytuvai (kaitintuvai). Žemės ūkio technikos ar automobilių plovyklose, kai vanduo neaušinamas ir nešildomas, įrengiamos vandens apytakinės sistemos su nuotekų valymo įrenginiais (3.2 pav., b) naftos produktų gaudyklėmis, dumblo nusodintuvais. Sudėtingesnėse vandens naudojimo apytakinėse sistemose vanduo aušinamas, valomos jo nuotekos (3.2 pav., c). 3.3 pav. Apytakinės vandens naudojimo sistemų schemos: a su vandens aušinimu arba šildymu, b su vandens (nuotekų) valymu, c su vandens valymu ir aušinimu (pagal BALTRĖNAS P. ir kt, 2008) Apytakinių vandens naudojimo sistemų efektyvumas dažniausiai vertinamas vandens panaudojimo kartotinumo koeficientu: Q Q b n, š čia Q b suminis vandens kiekis panaudotas technologiniame procese m 3 /h; Q š vandens kiekis, paimtas iš vandens tiekimo šaltinio m 3 /h. 59 (3.1) Jungtinėse Amerikos Valstijose 2000 metais koeficiento n vidutinė reikšmė siekė 7,5 dydį, artimiausiu metu planuojama pasiekti 27 vertę. Apytakinių sistemų efektyvumas vertinamas ir kitokiais parametrais, pavyzdžiui, vandens naudojimo veiksmingumu: P av = Q av (Q av + Q š ) % (3.2) čia P av apytakinio vandens efektyvumas procentais; Q av apytakinio vandens kiekis m 3 /h. Naudojant apytakines sistemas, vartojamo vandens kiekį galima sumažinti kartų, tačiau įrengti ir eksploatuoti tokias sistemas yra sudėtinga ir brangu. Sistemose naudojamas vanduo turi būti neužterštas suspenduotomis medžiagomis ir biologiniais

61 elementais, nekelti įrenginių korozijos, užkalkėjimo. Eksploatuojant tokias sistemas išgaruoja dalis vandens, kurį periodiškai reikia papildyti, o jo tiekimui įrengti siurblius ar siurblines Geriamojo vandens kokybės gerinimas Geriamojo vandens apsaugą ir kokybę reglamentuoja LR VANDENS ĮSTATYMAS, LR GERIAMOJO VANDENS ĮSTATYMAS, LR GERIAMOJO VANDENS TIEKIMO IR NUOTEKŲ TVARKYMO ĮSTATYMAS, Lietuvos higienos norma HN 24:2003 ir kiti norminiai teisės aktai. Geriamojo vandens kokybė pirmiausia priklauso nuo vandens šaltinio, jo taršos, nuo tiekimo ir gavimo būdų bei priemonių. Lietuvoje apie trečdalis gyventojų vartoja šachtinių šulinių gruntinį vandenį. Šachtinis šulinys tai vertikalus 1,0 3,0 m skersmens kastinis šulinys, betoniniais žiedais ar kitomis medžiagomis sutvirtintomis sienelėmis, skirtas gruntiniam vandeniui paimti. Tokių šulinių įrengimą reglamentuoja Lietuvos higienos HN 43:2005 norma. Šulinio vieta turi būti parenkama švarioje, apsaugotoje nuo potencialios mikrobinės ir cheminės taršos vietoje. Pagal gruntinio vandens srautą potencialios taršos objektai turi būti žemiau įrengiamo šulinio. Jeigu tokios galimybės nėra, potencialios taršos objektų (ūkiniai pastatai, lauko tualetai, srutų duobės, mėšlidės, trąšų, pesticidų, naftos produktų sandėliai, šiltnamiai ar intensyviai tręšiami daržai, kapinės) atstumai iki šulinio turi būti ne mažesni kaip 50 m. Prie šulinio ir versmės koptažo (specialus įrenginys vandeniui paimti) turi būti sudaroma apsaugos zona, jos atstumas iki gyvenamojo namo 7 m, iki garažo, ūkinio pastato ar šiltnamio 10 m, mėšlidės ir kompostavimo aikštelės, išgriebimo duobės 25 m, iki lauko nuotakyno 15 m. Šulinys ir versmė (iš žemės ištekantis požeminis vanduo) negali būti įrengiami vandenimis užtvindomose teritorijose, pelkėtose vietose ar vietose, kur gali būti nuošliaužų. Šulinys (3.4 pav.) įrengiamas pirmame nuo žemės paviršiaus neslėginiame vandeningame sluoksnyje. Vadinamasis atvirkštinis filtras įrengiamas šulinio dugne iš kelių smėlio ir žvyro sluoksnių po 0,1 0,15 m storio. Bendras filtro storis turi būti 0,4 0,6 m. Kad būtų galima į šulinį nusileisti, šachtos sienelėse kas 30 cm šachmatine tvarka turėtų būti įmontuotos metalinės virbų pakopos. Šulinio antžeminis rentinys turi būti ne žemesnis kaip 0,8 m. Aplink šulinį įrengiama 1,5 m gylio ir 0,7 0,8 m pločio plūktinė molio arba priemolio užtūra, kuri užpilama 20 cm storio žvyro sluoksniu. Žemės paviršiuje aplink šulinį turi būti įrengtas 2 m pločio akmenų grindinys, betoninė arba asfaltinė danga su 5 laipsnių nuolydžiu nuo šulinio. Šulinys turi būti su stogeliu, turėti vandens pakėlimo įrangą. Naudojant suktuvą ar svirtį, prie šulinio turi būti suoliukas kibirui pastatyti. Šulinio vėdinimo vamzdis turi būti iškilęs ne mažiau kaip 2 m virš žemės paviršiaus, o vamzdžio viršus apsaugotas sietiniu gaubtuku. 60

62 3.4 pav. Šulinio su betoninių žiedų rentiniu įrengimo schema (HN 43:2005) Aplink šulinį 20 m atstumu draudžiama plauti automobilius, girdyti gyvulius, plauti ir skalauti skalbinius, vykdyti kitą veiklą, kuri gali būti vandens užteršimo priežastis. Šuliniai turi būti valomi. Prieš valymą pašalinamas vanduo, tada išvalomas dumblas nuo dugno, nuvalomos rentinio sienelės. Dumblas užkasamas 0,5 m gylio duobėje, iškastoje ne arčiau kaip 20 m atstumo nuo šulinio, prieš tai užpylus 10 % chlorkalkių tirpalu. Išvalyti šuliniai dezinfekuojami. Atliekant dezinfekciją šulinio sienelės gausiai išpurškiamos 5 % chlorkalkių tirpalu (500 g chlorkalkių 10 l vandens) arba 3 % kalcio hipochlorido tirpalu. Aktyviojo chloro kiekis, būtinas vandeniui šulinyje dezinfekuoti, apskaičiuojamas pagal formulę (HN 43:2005): E C P 100 g, (3.3) H čia P chloro preparato kiekis g; E vandens kiekis šulinyje m 3 ; C reikiamas dezinfekcijai aktyviojo chloro kiekis g/m 3 ; H aktyviojo chloro kiekis preparate %. Apskaičiuotas chloro kiekis išmaišomas nedideliame vandens kiekyje, praskiedžiamas ir supilamas į šulinį. Išmaišius vandenį, šulinys uždaromas 6 valandoms. Praėjus šiam laikui, jeigu kvapo nesijaučia, į šulinio vandenį papildomai įpilama 1/3 apskaičiuoto preparato kiekio ir šulinys uždaromas. Praėjus 3 4 valandoms šulinio vanduo išsemiamas. Pastaruoju metu ūkininkai, sodininkai ir kiti asmenys įrengia gręžtinius šulinius. Gręžtinis šulinys vertikalus gręžimo būdu įrengtas šulinys požeminiam vandeniui paimti. Gręžtiniai šuliniai dažniausiai naudojami gelminiam (tarpsluoksniniam) požeminiam geriamajam ir mineraliniam vandeniui, rečiau gruntiniam vandeniui imti. Pavienių gręžtinių šulinių įrengimą ir likvidavimą reglamentuoja LAND 4 99 nuostatos. Egzistuoja du gręžinių tipai: iki 35 m ir giluminiai (iki 100 ir daugiau metrų gylio). Kai požeminio vandens slėgis didelis, vanduo trykšta į žemės paviršių. Tokie šuliniai vadinami arteziniais. 61

63 Pasitaiko atvejų, kai geriamasis vanduo nevisiškai tenkina higienos normos HN 24:2003 reikalavimus, o kartais rizikinga jį gerti (pvz., užterštas nitratais ar kitomis kenksmingomis sveikatai cheminėmis bei biologinės kilmės medžiagomis, mikroorganizmais). Kai vandens kokybė netenkina reikalavimų ir jis gyvenvietėse tiekiamas centralizuotai, vanduo prieš tiekiant jį vartotojams paruošiamas vandens ruošimo stotyse. Jei vanduo imamas iš paviršinių vandens šaltinių, iš vandens turi būti pašalinamos stambios plaukančiosios bei skendinčiosios medžiagos ir priemaišos, planktonas. Tam naudojami būgniniai sietai, mikrofiltrai. Parenkant įrenginius vandens skaidrinimui reikia vadovautis STR :2004 nurodymais. Vandens bakteriologiniam nukenksminimui naudojamos dezinfekavimo medžiagos chloras, chloraminai, chloro dioksidas, ozonas. Mažų gyvenviečių vandens ruošyklose ir atskirais atvejais gali būti taikomas ultravioletinis švitinimas, naudojamos chlorą išskiriančios medžiagos (kalcio hipochloritas, natrio hipochloritas, chloro tabletės). Organiniams junginiams panaikinti, taip pat kvapo ir skonio intensyvumui sumažinti naudojamas sorbcinis metodas, kai vanduo filtruojamas per aktyviosios anglies sluoksnį. Organinėms medžiagoms iš vandens pašalinti, skoniui ir kvapui panaikinti naudojami: chloras, kalio permanganatas, ozonas (STR :2004). Vandentiekio vamzdžių ir įrenginių apsaugai nuo korozijos ir nuosėdų susidarymo reikia numatyti prieškorozinį vandens stabilizavimą. Esant neigiamam vandens prisotinimo kalcio karbonatu indeksui, vamzdžių apsaugai nuo kalcio karbonato nuosėdų vanduo turi būti šarminamas, panaudojant reagentus (kalkes, sodą arba abu kartu) ar natrio heksametafosfatą. Požeminio vandens nugeležinimas dažniausiai atliekamas bereagentiniu būdu, oksiduojant geležį deguonimi arba katalizatoriais. Šiuo metu labiausiai paplitę geležies šalinimo iš vandens būdai yra katalizinis oksidavimas ir filtravimas filtravimo užpilų (MnO 2 ) terpėje. Paviršinio vandens nugeležinimas atliekamas naudojant reagentus: chlorą, chloro dioksidą, natrio oksochloratą, hipochloritą, kalio permanganatą, ozoną, vandenilio peroksidą ir kt. Fluoro šalinimas iš vandens dažniausiai atliekamas kontaktinės sorbcinės koaguliacijos metodu arba panaudojant sorbentą aktyviąją aliuminio rūgštį. Sieros vandenilis iš vandens šalinamas aeracijos ir cheminiais metodais. Vanduo minkštinamas įvairiais būdais, priklausančiais nuo kietumo charakterio. Šalinant karbonatinį kietumą, vanduo dekorbanizuojamas kalkėmis arba atliekamas vandenilio katijonitinis minkštinimas su katijonito regeneracija. Šalinant karbonatinį ir nekarbonatinį kietumą naudojamas kalkių-sodos, natrio katijonitinis arba vandenilio-natrio katijopnitinis minkštinimas. Minkštinant požeminius vandenis, dažniausiai naudojami 62

64 katijonitiniai metodai. Minkštinant paviršinius vandenis, kai kartu reikia vandenį skaidrinti, naudojamas kalkinis arba kalkinis-sodos metodas. Geriamasis vanduo dažniausiai minkštinamas reagentiniais arba kitais metodais. Vandens gėlinimas ir druskų kiekio mažinimas vandenyje atliekamas priklausomai nuo vandens druskingumo. Esant pradiniam vandens druskingumui mg/l, naudojamas jonų mainų metodas. Esant druskingumui didesniam nei mg/l vanduo distiliuojamas. Kai druskingumas siekia mg/l vandens druskingumas mažinamas elektrodializės būdu, o kai druskingumas yra iki mg/l atbulinio osmoso būdu. Vandens šaltinių apsauga nuo užterštumo yra esminis geriamojo vandens kokybės prevencijos būdas, įgyvendinamas valant nuotekas Nuotekų valymas Geriamojo vandens tiekimo ir nuotekų tvarkymo įstatyme nuotekos apibrėžiamos kaip buityje ūkio ar gamybinėje veikloje naudotas arba perteklinis (kritulių, paviršinis, drenažinis ar pan.) vanduo, kurį jo turėtojas, naudodamasis nuotekų tvarkymo infrastruktūra, išleidžia į gamtinę aplinką arba į kitiems asmenims priklausančią nuotekų tvarkymo infrastruktūrą. Nuotekų valymas vienas iš nuotekų tvarkymo sudėtinių dalių. Nuotekų tvarkymas tai nuotekų surinkimas, transportavimas, valymas, apskaita, tyrimas, išleidimas į aplinką ir valymo metu susidariusio dumblo ir kitų atliekų tvarkymas. Be minėto įstatymo, nuotekų tvarkymą reglamentuoja NUOTEKŲ TVARKYMO REGLAMENTAS, NUOTEKŲ VALYMO ĮRENGINIŲ TAIKYMO REGLAMENTAS ir kiti teisės aktai Nuotekų apibūdinimas Nuotekas priimta skirstyti į dvi stambias rūšis komunalines ir gamybines. Komunalinės nuotekos apima buitines, paviršines ir mišriąsias nuotekas. Buitinės nuotekos iš virtuvių, prausyklų, skalbyklų, vonių, tualetų ir panašių vietų nutekantis vanduo. Jos susidaro namų ūkyje naudojant vandenį. Prie buitinių nuotekų priskiriamos ir nuotekos, susidarančios naudojant vandenį įmonių, įstaigų, organizacijų darbuotojų buitiniams poreikiams, jeigu jos surenkamos ir išleidžiamos atskirai nuo kitų gamybiniame objekte susidarančių nuotekų. Tualetų nuotekos dar vadinamos srutinėmis. Paviršinės nuotekos į gruntą nesusigėręs kritulių vanduo, pratekantis į nuotakumą nuo žemės ar pastatų išorinio paviršiaus, taip pat sniego tirpsmo vanduo. Po gausaus lietaus, žemės, statinių paviršiumi tekantis vanduo dar vadinamas lietaus nuotekomis. Mišriąsias nuotekas apima kartu nutekančios buitinės ir paviršinės nuotekos. 63

65 Gamybinės nuotekos žemės ūkio ar pramonės gamyboje naudotas nebereikalingas vanduo. Gamybinėms nuotekoms priskiriamos ir dėl gamybos ar kitos ūkinės arba komercinės veiklos (viešojo maitinimo, skalbimo, valymo paslaugų teikimo, viešųjų tualetų ir pan.) susidarančios nuotekos. Žemės ūkio gamyboje daugiausia nuotekų susidaro gyvulininkystės fermose, tvartuose. Į paviršinio vandens šaltinius (tvenkinius, ežerus, upes) ir gruntinius vandenis patenka srutomis ir mineralinėmis trąšomis tręšiamų laukų nuotekos. Pasitaiko dar atvejų, kai kaimo gyventojai buitines atliekas nukreipia į drenažo sistemas. Nuotekų kokybė (užterštumas) charakterizuojama fiziniais (fizikiniais), cheminiais ir mikrobiologiniais rodikliais. Fizines nuotekų savybes charakterizuoja temperatūra, drumstumas, spalva, kvapas, kietosios skendinčiosios medžiagos. Cheminiai rodikliai apima ph, ištirpusį deguonį, deguonies sunaudojimą, chemines organines ir neorganines medžiagas, dujas. Mikrobiologiniai rodikliai charakterizuoja ligas sukeliančius patogenus (bakterijos. virusai, parazitai, askaridės, kaspinuočiai, grybeliai) ir biologines savybes (virusai, vienaląsčiai, gyvūnai bei augalai). Temperatūra turi įtaką medžiagų apykaitai ir vandens organizmų augimo procesams, augalų fotosintezei, deguonies tirpumui nuotekose bei organizmų jautrumui ligoms, parazitams ir nuodingoms medžiagoms. Kai temperatūra aukštesnė, augalai greičiau auga ir greičiau nyksta, palikdami organines medžiagas, kurių suskaidymui reikia daugiau deguonies. Deguonis geriau tirpsta esant žemoms nuotekų temperatūroms. Išleidžiamų į vandens telkinius nuotekų temperatūra turi būti ne žemesnė kaip 6 o C ir ne aukštesnė kaip 30 o C. Esant kitokioms temperatūroms susidaro nepalankios sąlygos mikroorganizmams daugintis. Nuotekų spalva rodo jų užterštumą ir labai priklauso nuo gamyboje naudojamų dažiklių, organinių medžiagų puvimo liekanų. Spalva nustatoma vizualiai (žalsva, pilka, rausva, balzgana ir pan.) arba lyginama su etalonais. Spalvos intensyvumas nustatomas atskiedžiant nuotekas distiliuotu vandeniu, kol spalva pranyksta. Nuotekų kvapas priklauso nuo jose esančių lakiųjų medžiagų, vykstančių biologinių, biocheminių ir cheminių procesų, organinių medžiagų aerobinio ir anaerobinio skaidymosi nuotekų rūšies ir pan. Kvapas nustatomas organoleptiniu būdu (uostant) trimis balais: 1 balas labai stiprus; 2 balai vidutinis; 3 balai stiprus kvapas. Paviršinio vandens (pvz., tvenkinio, į kurį išleidžiamos nuotekos) kvapas vertinamas penkių balų visuma: 0 kvapo nėra; 1 vos juntamas kvapas; 2 silpnas kvapas; 3 aiškiai juntamas kvapas; 4 stiprus kvapas; 5 labai stiprus kvapas. Jeigu įmanoma nustatomas kvapo pobūdis pavyzdžiui, naftos, chloro, fekalijų (GENIENĖ V., 2006). Drumstumą sukelia skendinčiųjų medžiagų dalelės, įskaitant dumblą, molį, pramonines atliekas. Kietosios dalelės absorbuoja saulės šilumą, pakelia nuotekų temperatūrą, 64

66 sumažina deguonies jose tirpumą. Drumstame nuotekomis užterštame vandenyje augalai gauna mažiau saulės šviesos, sumažėja fotosintezės ir deguonies mastai. Vanduo drumsčiasi ir dėl dirvos erozijos, biogeninių medžiagų pertekliaus, dėl ant dugno maisto beieškančių gyvūnų, kurie judėdami pakelia nuosėdas. Nuotekų rūgštingumas ph. Rodiklis ph reiškia vandenilio jonų koncentracijos dydį. Jei ph=7, nuotekų rūgštingumas neutralus. Išleidžiamų į vandens telkinius nuotekų rūgštingumas turi būti 6,5 9,0. Kuo ph mažesnis, tuo nuotekos rūgštesnės. Tokios rūgštingumo ribos sąlygojamos tuo, kad rūgštys ir šarmai neigiamai veikia nuotekų kolektorius, gali pakenkti nuotekų valymo biocheminiams procesams. Biocheminis deguonies suvartojimas (BDS) yra nuotekų užterštumo organinėmis medžiagomis rodiklis bei deguonies kiekio, kuris reikalingas nuotekose esančioms organinėms medžiagoms oksiduoti biocheminių procesų metu, matas. Organinių medžiagų kiekis nuotekose gali būti matuojamas BDS vienetais. BDS 5 reiškia ištirpusio deguonies masės koncentraciją, reikalingą tam tikroms sąlygomis organinėms ir (arba) neorganinėms vandens priemaišoms biologiškai oksiduoti per penkių parų inkubacinį periodą (LAND 47 1:2007, LAND 47 2:2007). Deguonies kiekis išreiškiamas mg/l (anksčiau mgo 2 /l). Naudojama ir BDS 6 išraiška g/(žm d). Ji parodo, kiek iš vieno gyventojo per parą patenka į nuotekas organinių medžiagų gramais. Didesnis negu 5 mg/l biocheminio deguonies sunaudojimas reiškia nuotekų užterštumą. Cheminis deguonies suvartojimas. Šis rodiklis naudojamas organinių teršalų koncentracijai įvertinti. ChDS tai visiškas vandenyje esančių organinių medžiagų oksidacija cheminiais elementais iki mineralinių komponentų. Pagal LAND , cheminis deguonies suvartojimas (ChDS Cr ) deguonies masės koncentracija, ekvivalentiška bichromato kiekiui, kuris, apdorojus vandens mėginį nustatytomis sąlygomis su šiuo oksidatoriumi, yra suvartojamas visiškai suoksiduoti ištirpusias ir suspenduotas medžiagas. Taigi, ChDS rodo ne tik lengvai oksiduojamų organinių medžiagų kiekį, bet ir sunkiai oksiduojamų arba visai neoksiduojamų organinių medžiagų kiekį biocheminiu būdu. ChDS vertė visada didesnė nei BDS 5. Skendinčiosios medžiagos (SM). Skendinčiosios medžiagos yra suspenduotos dalelės, galinčios nusėsti stovinčiuose nuotekose ar vandenyje. Jų koncentracija išreiškiama mg/l. SM analizė daugelyje šalių atliekama filtruojant žinomą nuotekų ar vandens kiekį per stiklo pluošto filtrus. Detaliai SM nustatymas aprašytas Europos normoje DS/EN 872:2005. Biogeninės medžiagos tai azoto ir fosforo organiniai bei neorganiniai junginiai. Išleidžiamos į vandens telkinius biologinėmis ir biogeninėmis medžiagomis užterštos nuotekos greitina telkinių eutrofikaciją, skleidžia nemalonų kvapą. Mineralizuojantis 65

67 organinės kilmės azoto junginiams susidaro neorganiniai junginiai amoniakas (NH 3 ) arba amonio azotas (NH 4 ). Patekęs į tvenkinių, ežerų, upių vandenį amoniakas dėl nitritų ir nitrato susidarymo reakcijų mažina vandenyje deguonies kiekį, skatina nitrifikaciją. Organiniai azoto junginiai nuotekose dažniausiai yra gyvųjų organizmų bakterinių medžiagų apykaitos produktas karbamidas CO(NH 2 ) 2. Fosforas nuotekose, kaip ir azotas, gali būti organinių ir neorganinių junginių pavidalo. Fosforo organiniai junginiai tai organiniai esteriai, amidai, tiolio junginiai (t. y. organiniai fosfatai ar tiofosfatai). Žemės ūkyje plačiai naudojami pesticidai (insekticidai), o iš neorganinių junginių trąšos. Nuotekose bendrosios fosfato formos yra ortofosfatų PO, polifosfatų (fosforo rūgšties polimerai) ir organinių pavidalu fosfatai. 2 4 Biogeninių medžiagų ribinės vertės vandens telkiniuose, kurie priima nuotekas, neturi viršyti 3.2 lentelėje nurodytų verčių. 3.2 lentelė. Biogeninių medžiagų ribinės vertės vandens telkiniuose (ŠAULYS V., 2007) Medžiagos pavadinimas DLK vandens telkinyje priimtuve mg/l Bendrasis azotas 2,5 Nitritai (NO 2 -N)/NO 2 0,03/0,1 Nitratai (NO 3 -N)/NO 3 2,3/10 Amonio azotas NH 4 -N 1 Bendrasis fosforas 0,1 Fosfatai (PO 4 -P)/PO 4 0,0653/0,2 Toksinės medžiagos. Toksinių medžiagų grupei priskiriami sunkieji metalai: geležis, nikelis, varis, švinas ir cinkas, taip pat arsenas, stibis, boras, aliuminis, chromas. Be neorganinių junginių, nuotekose būna ir organinių toksinių priemaišų: naftos produktų, fenolių, dažiklių ir pan. Sunkiųjų metalų didelės koncentracijos pavojingos biologiniams nuotekų valymo įrenginiams, žuvims. Mažesniais kiekiais sunkieji metalai gali būti akumuliuojami vandens gyvūnų ir žmonių, kurie vartoja tuos gyvūnus maistui. Ištirpęs deguonis. Užterštose nuotekose ištirpusio deguonies kartais nebūna arba būna maža koncentracija 0,5 1 mg/l. Minimali mikroorganizmų veiklai reikiama deguonies koncentracija turi būti ne mažesnė kaip 2 mg/l. Išvalytose nuotekose, išleidžiamose į jų priimtuvus, ištirpusio deguonies būna 4 8 mg/l. Patogeniniai mikroorganizmai. Nuotekose yra didelis kiekis mikroorganizmų, iš jų: patogeninės bakterijos, Salmonella Sp., E. coli; hepatito virusas ir polivirusas; parazitai, pvz., Giardia lamblia (viduriavimo priežastis), askaridžių ir kaspinuočių helmintai; grybeliai, galintys būti infekcijų priežastis; fekaliniai streptokokai. Askaridžių helmintai iš visų kiaušinėlių gali viršyti 90 %. Didesnis vartojamo vandens kiekis mažina helmintų kiekį nuotekose. 66

68 Nuotekų šalinimo ir valymo būdai Vienas iš pagrindinių nuotekų valymo tikslų yra išvalyti jas taip, kad jos nekenktų vandens telkiniams ar dirvožemiui, į kuriuos išleidžiamos išvalytos nuotekos. Kai nuotekos išleidžiamos (planuojamos išleisti) į tekančio vandens telkinį (upę, kanalą), BDS koncentracija nuotekų vidutiniame paros mėginyje, kuriai esant nebus viršytas leistinas poveikis priimtuvui, apskaičiuojama pagal formulę (NUOTEKŲ TVARKYMO REGLAMENTAS, 2006): C nuotekų 1,1 C upė ( DLK ) Qnuotekų 360 Q nuotekų upė ( DLK ) čia: T n metinė apkrova tam tikru teršalu (n), kuriai esant nebus viršytas leistinas poveikis priimančiam vandens telkiniui t/metus; 67 C Q upėp mg/l, (3.4) čia: C nuotekų didžiausia teršalo koncentracija vidutiniame paros arba momentiniame nuotekų mėginyje, kuriai esant dar nebus viršijamas leistinas poveikis priimtuvui mg/l; Q nuotekų išleidžiamų nuotekų didžiausias skaičiuotinas valandinis debitas (sausuoju metu) m 3 /h; Q upės minimalus vasaros rudens nuotėkio 80 % tikimybės 30 sausiausių parų iš eilės vidutinis vandens debitas nuotekų išleidimo vietoje m 3 /s; C upės (DLK) atitinkamo teršalo DLK priimtuve (reikalavimai gerai priimtuvo būklei) mg/l. Metinė apkrova pagal N ir P, kuriai esant nebus viršytas leistinas poveikis tekančiam vandens telkiniui, apskaičiuojama pagal formulę (NUOTEKŲ TVARKYMO REGLAMENTAS, 2006): T n 1,1C upėp ( DLK ) Qnuotekų 0,1C upėp ( DLK ) Qupėp t/metus, (3.5) 1000 čia T n metinė apkrova tam tikru teršalu (n), kuriai esant nebus viršytas leistinas poveikis priimančiam vandens telkiniui t/metus; Q upės vidutinis daugiametis priimtuvo nuotėkis nuotekų išleidimo vietoje tūkst. m 3 /metus; C upės (DLK) atitinkamo teršalo DLK priimtuve (reikalavimai gerai priimtuvo būklei) mg/l; Q nuotekų per metus išleidžiamų (planuojamų išleisti) nuotekų kiekis tūkst. m 3 /metus; Kai nuotekos išleidžiamos (planuojama išleisti) į stovinčio vandens telkinį (ežerą, tvenkinį, kūdrą), metinė apkrova pagal BDS, N ir P, kuriai esant nebus viršijamas leistinas poveikis priimančiam vandens telkiniui, apskaičiuojama pagal formules (NUOTEKŲ TVARKYMO REGLAMENTAS, 2006): 1) kai žinomas vandens telkinio tūris: T 2) kai žinomas tik telkinio plotas: T n n Vtelkinio Ctelkinio t/metus, (3.6) Ftelkinio Ctelkinio t/metus, (3.7) 2000

69 V telkinio telkinio tūris tūkst. m 3 (jeigu vandens telkinio tūris didesnis kaip 5000 tūkst. m 3, skaičiavimui priimamas 5000 tūkst. m 3 ); C telkinio didžiausia leistina teršalo koncentracija vandens telkinyje (reikalavimai gerai priimtuvo būklei) mg/l. F telkinio telkinio plotas ha (jeigu vandens telkinio plotas didesnis kaip 100 ha, skaičiavimui priimamas 100 ha). Iš visų taškinių taršos šaltinių į stovinčio vandens telkinį išleidžiamų teršalo kiekių suma neturi viršyti teršalo kiekio (apkrovos), apskaičiuoto pagal nurodytas formules. Nuotekos gyvenvietėse gali būti surenkamos ir šalinamos centralizuotai, įvairiomis sistemomis: mišriąja, atskirtąja ir pusatskirąja. Mišriąją sistemą sudaro vienas bendras nuotekynas komunalinėms (buitinėms), gamybinėms ir lietaus nuotekoms transportuoti. Atskirtąją sistemą sudaro dvi nepriklausomos nuotekų sistemos: atskirai buitinėms (gamybinėms) nuotekoms ir paviršinėms (lietaus) nuotekoms tekinti. Pusatskiroji sistema nuotekynas, kurį sudaro dvi atskiros nuotekų sistemos ir bendras mišrusis kolektorius. Viena sistema šalinamos ūkinės nuotekos, kita lietaus, o bendruoju kolektoriumi teka į valymo įrenginius visos buitinės ir gamybinės nuotekos ir labiausiai užterštos lietaus nuotekos. Kaimo vietovėse, kur nėra galimybės prisijungti prie centralizuoto nuotekų šalinimo tinklų, nuotekų šalinimas sprendžiamas įrengiant nuotekų kaupimo rezervuarus arba vietinius biologinio valymo įrenginius. Nuotekų kaupimo rezervuarai įrengiami ten, kur nėra galimybių išvalytas (biologiniais valymo įrenginiais) nuotekas išleisti į griovį, paviršinio vandens telkinį ar gruntą (esant molingam gruntui arba aukštam gruntinių vandenų lygiui). Kaupimo rezervuarai įrengiami iš surenkamųjų gelžbetoninių elementų, plastmasinių ar plieninių talpų. Nuotekų valymo būdai skirstomi į mechaninį, biologinį, cheminį, mechaninįcheminį. Jie dar apibendrintai vadinami mechaninio, biologinio ir papildomo valymo būdais. Mechaninis nuotekų valymas laikomas pirminiu valymu, kurio metu išskiriamos skendinčiosios (nusėdančiosios) ir koloidinės priemaišos. Pirminis valymas prasideda parengtiniu nuotekų valymu, Šio valymo paskirtis pašalinti iš nuotekų stambesnes nusėdančiąsias medžiagas ir plūdrenas (smėlį, riebalus ir tepalus). Neefektyvus parengtinio valymo įrenginių veikimas gali sutrikdyti kitų valymo grandžių veikimą. Tai ypač svarbu mažoms nuotekų valykloms. Pagrindiniai nuotekų parengtinio valymo įrenginiai yra grotos, sietai, smėliagaudės, riebalų ir alyvos skirtuvai, smėlio šalinimo įranga, lyginamieji rezervuarai, srauto skirstytuvai ir kt. Mechaninio (pirminio) valymo metu atliekamos nuotekų priemaišų košimo, nusistovėjimo, flotacijos, filtracijos fizinės funkcijos. Košiant nuotekas sulaikomi stambūs nešmenys (lapai, plastikas ir pan.), nusistovėjimo metu nusėda pakibusios medžiagos. Flotuojant nuotekas išplukdomi riebalai, naftos teršalai, lengvoji skenda, o 68

70 filtruojant pašalinama smulkioji skenda. Po mechaninio nuotekų valymo, kai jos stipriai neužterštos cheminėmis medžiagomis, atliekamas biologinis (antrinis) valymas. Biologinis valymas tai nuotekų valymas, pagrįstas mikroorganizmų veikla. Biologinio valymo tikslas pašalinti likusias po mechaninio valymo skendinčias ir deguonį vartojančias organines ir biogenines medžiagas. Biologinio valymo esminis procesas biologinė oksidacija. Šis procesas vyksta mikroorganizmų bendrijoje, kurią sudaro daugybė įvairių bakterijų, paprastųjų dumblių, grybų ir kt. gyvių. Biologiškai negalima išvalyti nuotekų, kuriose yra nepakankamai organinių, biogeninių medžiagų, didelis vandens rūgštingumas ar šarmingumas, daug toksiškų medžiagų. Nuotekos biologiškai valomos aerobinių arba anaerobinių mikroorganizmų terpėje, t. y. mikroorganizmų, funkcionuojančių aplinkoje, kurioje yra pakankamai deguonies (oro) ir neturinčioje deguonies (anaerobinėje) aplinkoje. Nuotekų biologinio valymo įrenginius pagal veikimo sąlygas galima suskirstyti į veikiančius dirbtinėmis ir pusiau gamybinėmis (natūraliomis) sąlygomis. Dirbtinėmis sąlygomis veikia aeraciniai įrenginiai (aktyviojo dumblo įrenginiai) ir biofiltrai (biologinės plėvelės įrenginiai). Pusiau gamtinėmis sąlygomis veikia gruntinės filtracijos įrenginiai (požeminės filtracijos laukeliai, šuliniai, smėlio-žvyro filtrai ir pan.) ir biologiniai filtrai. Pagal valymo proceso intensyvumą biologinio valymo įrenginius galima suskirstyti į intensyvaus valymo, vidutinio intensyvumo ir mažo intensyvumo (ekstensyvius) įrenginius. Prie intensyvaus valymo įrenginių priskiriami aktyviojo (veikliojo) dumblo įrenginiai. Aktyvųjį dumblą sudaro bakterijos, aktinomicetai, pirmuonys, grybai, dumbliai ir kt. Prie vidutinio intensyvumo įrenginių dažniausiai priskiriami visų tipų biofiltrai, o prie mažo intensyvumo įrenginių pusiau gamtinėmis sąlygomis veikiantys įrenginiai. Cheminiu būdu nuotekos valomos tada, kai norima iš jų išskirti chemines medžiagas. Valant šiuo būdu teršalai neutralizuojami arba oksiduojami ir susidaro netirpūs junginiai. Teršalai neutralizuojami sumaišant rūgščias ir šarmines nuotekas tarpusavyje, naudojant įvairius reagentus. Rūgščios nuotekos dažniausiai neutralizuojamos dolomito filtruose neutralizatoriuose, šarminės maišykliniuose reaktoriuose, purkštuvinėse, plėvelinėse, lėkštinėse kolonose. Toksiniai teršalai oksiduojami naudojant chloro, kalio druskas, ozoną, deguonį. Mechaninis-cheminis nuotekų valymo būdas remiasi koaguliacijos, flotacijos, sorbcijos, ekstrakcijos ir kt. reiškiniais. Koaguliacija koloidinių dalelių sukibimas į stambesnius agregatus (junginius). Į nuotekas įmaišomi specialūs koaguliantai, kurie priemaišas sujungia į dribsnius, šie greičiau nusėda ant dugno ir vėliau mechaniškai pašalinami. Flotacija teršalų išplukdymas iš nuotekų oro burbuliukais. Flotacija naudojama norint išskirti priemaišas, kurių tankis labai mažai skiriasi nuo vandens tankio. Flotatoriuose iš nuotekų galima atskirti riebalus, naftos produktus, smulkias drumzles, detergentus 69

71 (valiklius) bei įvairios sudėties dumblo mišinius. Nuotekos prisotinamos oro įvairiai: tiekiant orą į siurblio siurbiamąjį vamzdį, keičiant oro slėgį, naudojant poringas medžiagas, disperguojant (smulkiai išskirstant) orą mechaniniuose turbininiuose įrenginiuose ir kt. Oro burbuliukai prikimba prie priemaišų ir iškelia į flotatoriaus paviršių. Flotacija vyksta tuo greičiau, kuo didesnis yra bendras oro burbuliukų paviršiaus plotas ir kuo didesnis kontakto su išskiriama medžiaga plotas. Flotatoriaus paviršiuje susidaro išskiriamų medžiagų putų sluoksnis. Joms šalinti naudojamas specialus grandiklis, jis išplūdas prieš pašalindamas dar ir sutankina, jos tampa sausesnės. Flotacijos proceso metu skendinčiosios medžiagos (SM) nusėda dugne, o kita dalis lieka pakibusi nuotekose. Tos dalelės pašalinamos naudojant koaguliaciją, kai jos priverčiamos sukibti flokuliacijos būdu. Flokuliacija koaguliacijos rūšis, kai koloidinė sistema koaguliuoja esant polimeriniam koaguliantui, ir susidaro dribsnių pavidalo nuosėdos. Flokuliaciją sukelia vandenyje tirpūs polimerai flokuliantai, pvz., poliakrilamidas. Flokuliantai absorbuojasi ant koloidinės dalelės. Kai kelios destabilizuotos dalelės suartėja, susiformuoja dribsniai, kurie gali nusėsti arba jie atskiriami nuo tirpalo filtruojant (CESIULIS H., 2010). Flokuliacija vykdoma flokuliatoriuose įrenginiuose, kuriuose vyksta flokulių susidarymas. Paprasčiausias flokuliatorius, tai rezervuaras su maišyklėmis. Dabar naudojami vamzdiniai gyvatuko formos flokuliatoriai. Ekstrakcija procesas, kuriuo iš vienos skystosios fazės (nuotekų) kita skystąja faze (ekstragentu) išgaunama ištirpusi medžiaga arba medžiagų grupė (ekstraktyvas), kai šios dvi fazės viena kitoje beveik netirpsta arba silpnai tirpsta, bet tirpina ekstraktyvą. Ekstragentais dažniausiai naudojamos organinės rūgštys, spiritai, ketonai, aminai ir kt. Jais išgaunamos vertingos organinės medžiagos (fenoliai, riebiosios rūgštys) arba spalvotieji metalai (varis, nikelis, cinkas, kadmis, gyvsidabris ir kt., toksiškos medžiagos). Ekstraktoriai (ekstrakcijos proceso įrenginiai) dažniausiai yra įvairaus tipo kolonos (purkštuvinės, krovinės, tinklinių lėkščių ir kt.). Ekstrakcija selektyvus procesas, nes atskiria tik reikiamas medžiagas. Sorbcijos procesas tai reiškinys, kai kietoji ar skystoji medžiaga sugeria iš aplinkos kitas medžiagas. Sorbcinis nuotekų valymas dažniausia naudojamas, kai nuotekos būna užterštos aromatiniais junginiais, silpnais elektrolitais arba neelektrolitais, dažikliais, neprisotintais ir hidrofobiniais alifatiniais junginiais. Kaip sorbentai naudojama aktyvioji anglis, silikageliai, aliumogeliai, durpės ir kt. medžiagos. Tretinis (tercialinis) nuotekų valymas taikomas papildomam biologiškai išvalytų nuotekų valymui. Šis būdas naudojamas azoto ir fosfatų iš nuotekų valymui, skiriamas nuotekoms iš didelės taršos šaltinių valyti. Tokie šaltiniai gali būti miestai, gyvulininkystės, mėsos apdirbimo, paukštininkystės, augalininkystės iri pieno perdirbimo ūkio, cheminės 70

72 pramonės objektai. Tretinis valymas taikomas ir tada, kai reikia nuotekas išleisti į ypač jautrų vandens priimtuvą. Toks valymas gali būti atliekamas naudojant įvairių formų rezervuarus, įvairius filtrus, biotvenkinius, aerotvenkinius, taikant tiek cheminius, tiek biologinius būdus Mechaninis nuotekų valymas Mechaniniu valymu atskiriamos nuotekų neištirpusios mineralinės ir organinės priemaišos. Šiuo būdu pašalinama iki % mineralinių ir iki % organinių priemaišų. Parengtinis nuotekų valymas prasideda košimu per grotas. Grotos įtaisas stambesniems nešmenims iš nuotekų nukošti: rankiniu ar mechaniniu būdu valomi strypai, slankioji juosta, sukamasis skridinys arba būgnas iš plėšytų (skylėtų) metalinių lakštų arba vielos. Grotos būna įvairių tipų: mechaninės nejudamos, grotos su mechaniniais grėbliais, grotos kartu su smulkintuvais, su judančiais laipteliais ir kt. Grotos gali būti komplektuojamos su nuogrėbų praplovimo, sausinimo ir tankinimo įtaisais (mechanizmais). Grotų protarpių dydis parenkamas atsižvelgiant į numatomą nuotekų dumblo apdorojimo būdą ir jo sąlygojamus reikalavimus arba į valytų nuotekų išleidimo reikalavimus. Stambių grotų, skirtų sulaikyti nuotekų sraute tekančias stambias priemaišas (popierių, plastmasės gabalus, skudurus ir kt.), minimalūs protarpiai tarp grotų strypų turi būti nuo 20 iki 50 mm, o vidutinio stambumo grotų protarpiai mm, smulkių grotų nuo 2 iki 10 mm. Pratekant maksimaliems nuotekų srautams jų tėkmės greitis tarp grotų neturi viršyti 1,2 m/s. Esant didesniam greičiui dalis priemaišų gali būti nesulaikoma, praspaudžiamos pro grotas. Nuotekų greitis prieš grotas, tekant minimaliems srautams, turi būti ne mažesnis kaip 0,3 m/s. Esant mažam greičiui prieš grotas susikaupia smėlis ir kita skenda. Smulkias medžiagas efektyviai sulaiko skersinės grotos su mažo protarpio strypeliais. Pasaulyje plačiai paplitusios smulkaus valymo laiptuotos grotelės, sudarytos iš judančių ir nejudančių plokštelių (3.5 pav.). Lietuvoje dažniausiai naudojamos grotos: kelių kanalų, su aplankos kanalu ir rankiniu nugriebimu pav. Nuotekų košimo schema (РЕШЕТКА-ПРОЦЕЖИВАТЕЛЬ...) Smėliagaudės įrenginys smėliui, žvyrui, šlakui ir kitoms kietoms mineralinėms medžiagoms, kurių tankis didesnis kaip 2,65 g/cm 3, nuo nuotekų atskirti. Smėliagaudžių veikimas grindžiamas tuo, kad nuotekoms įtekėjus į padidinto tūrio rezervuarą, sumažėja jų tėkmės greitis ir sunkesnės dalelės spėja nusėsti ant smėliagaudės dugno. Smėliagaudės apsaugo nuotekų valyklas nuo sunkaus dumblo kaupimosi, valyklų mechanizmus nuo teršalų

73 abrazyvinio poveikio ir greito susidėvėjimo. Nuotekų valymo technologinėje schemoje smėliagaudės įrengiamos už grotų prieš pirminius nuotekų nusodintuvus. Smėliagaudes aktualu įrengti automobilių, traktorių ir kitos žemės ūkio technikos plovyklose. Smėliagaudės būna įvairių rūšių: horizontaliosios, vertikaliosios, su skysčio sukamuoju judėjimu, aeruojamos ir kt. Plačiai naudojamos kanalų ir aeruojamos smėliagaudės (3.6 pav. ir 3.7 pav.). Aeruojamose smėliagaudėse papildomai pučiamas oras (3.7 pav.). Oro ir vandens mišinys turi mažesnį tankį, todėl smėlis jame lengviau nusėda. Smėlio pašalinimas atliekamas sraigtiniu konvejeriu arba kaušais ar siurbliu. 3.6 pav. Horizontaliosios smėliagaudės schema. 1 įtekėjimo atvamzdis, 2 smėliagaudė, 3 dumblo (smėlio) rinktuvai, 4 ištekėjimo atvamzdis (pagal ПЕРВИЧНАЯ СТАДИЯ...) 3.7 pav. Aeruojamos smėliagaudės schema. 1 įtekėjimo atvamzdis, 2 oro tiekimo vamzdis, 3 oro skirstytuvas, 4 ištekėjimo atvamzdis, 5 smėlio (dumblo) rinktuvas, 6 smėlio šalinimo mechanizmas, L smėliagaudės ilgis, H gylis (pagal ПЕРВИЧНАЯ СТАДИЯ...) Horizontaliųjų ir aeruojančiųjų smėliagaudžių ilgį galima apskaičiuoti pagal formulę (ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ...): L 1000K H v s s s s m, (3.8) uo čia K s koeficientas, įvertinantis smėliagaudės parametrus (žr. 3.3 lentelę); H s projektuojamos smėliagaudės gylis m; v s nuotekų tekėjimo greitis m/s (pagal 3.4 lentelę); u o hidraulinis smėlio stambumas (arba tolyginis dalelės skendimo greitis) mm/s, priimamas pagal reikalaujamą sulaikomo smėlio stambumą. 3.3 lentelė. Koeficiento K s reikšmės Sulaikomų smėlio dalelių Smėlio hidraulinis Koeficiento K s vertės, priklausančios nuo smėliagaudės tipo irs pločio B su alsuojamųjų smėliagaudžių gyliu H skersmuo mm stambumas mm/s horizontaliosios aeruojamos B:H=1 B:H=1,25 B:H=1,5 0,15 13,2-2,62 2,50 2,39 0,20 18,7 1,7 2,43 2,25 2,08 0,25 24,2 1,

74 3.4 lentelė. Nuotekų tekėjimo greitis Smėliagaudės Smėlio hidraulinis stambumas mm/s Nuotekų tekėjimo greitis v s m/s, esant prietekiui Minimaliam Maksimaliam Gylis H m Sulaikomo smėlio kiekis, l/(žm.per parą) Smėlio drėgnis % Smėlio kiekis nuosėdose % Horizontaliosios 18,7 24,2 0,15 0,3 0,5 2 0, Aeruojamosios 13,2 18,7-0,08 0,12 0,7 3,5 0, Tangentinės 18,7 24, ,5 0, Vertikaliosios smėliagaudės užima mažiau vietos, jos dažniau naudojamos kietųjų dalelių nusodinimui prieš patenkant nuotekoms į naftos ir riebalų gaudykles, biologinius nuotekų valymo įrenginius. Paprasčiausia vertikalioji smėliagaudė yra vertikalus rezervuaras (3.8 pav.), į kurį įtekėjusios nuotekos, susidūrusios su pertvara 2, keičia tekėjimo kryptį, o smėlis nusėda rinktuve 3. Per angą 4 yra šalinamas susikaupęs smėlis. Valomų nuotekų greitis w y vertikaline kryptimi turi būti 0,03 0,04 m/s. Smėliagaudės gylis H apskaičiuojamas pagal formulę (ПЕРВИЧНАЯ СТАДИЯ..., 2011): H m (3.9) w y čia τ nuotekų buvimo smėliagaudėje laikas s. Rekomenduojama priimti 120 s; w y nuotekų greitis vertikaliąja kryptimi m/s. Sėkmingai eksploatuojamos vertikaliosios smėliagaudės su nuotekų (skysčio) apskritiminiu (sukamuoju) judėjimu (3.9 pav.). 3.8 pav. Vertikaliosios smėliagaudės schema. 1 nuotekų įtekėjimo atvamzdis, 2 pertvara, 3 smėlio rinktuvas, 4 smėlio šalinimo anga, 5 ištekėjimo anga (ПЕРВИЧНАЯ СТАДИЯ...) 3.9 pav. Vertikalioji smėliagaudė su nuotekų sukamuoju judėjimu. 1 įtekėjimo kanalas, 2 surenkamasis žiedinis latakas, 3 nuotekų tiekimas į darbinę zoną, 4 ištekėjimo kanalas (ПЕРВИЧНАЯ СТАДИЯ...) Smėliagaudė yra cilindrinės formos, o nuotekos įleidžiamos iš dviejų pusių cilindro liestine. Kūginė dalis skirta smėlio surinkimui. Išvalytos nuotekos surenkamos žiediniame 2 73

75 latake. Judant nuotekoms į viršų, smėlis nusėda žemyn. Nuotekų judėjimo greitis v turi būti mažesnis už smėlio hidraulinį stambumą u o, t. y. v< u o. Pirminiai nusodintuvai nusodinimo rezervuarai, kuriuose iš nevalytų ar parengtinai valytų nuotekų išskiriama dauguma medžiagų. Nusodintuvuose atskiriamos didesnės kaip 0,25 mm kietosios dalelės. Nusodintuvuose dalelės, kurių tankis didesnis nei nuotekų, veikiamos sunkio jėgos nusėda ant nusodintuvo dugno, o kurių tankis mažesnis išplaukia į paviršių. Nusodintuvai pagal darbo režimą būna periodinio (kontaktiniai) ir nepertraukiamo (pratekamieji) veikimo. Pagal nuotekų tekėjimo kryptį jie skirstomi į vertikaliuosius, horizontaliuosius, radialinius. Pirminiam nuotekų nusodinimui naudojami nusodintuvai su kylančia (vertikalia) tėkme, įskaitant dviaukščius (pūdomuosius) nusodintuvus, su horizontalia tėkme, kreivinės ( Lamellos ) tipo. Nuotekų pirminiam nusodinimui naudojami ir pūdomieji nusodintuvai (septikai), kurie dažniausiai yra naudojami valyti mažų nuotekų kiekį, kai gyventojų ekvivalentas būna iki 200 GE. Gyventojų ekvivalentas (GE) ekvivalentiškas gyventojų skaičius, apskaičiuotas pagal vienetinį nuotekų penkių parų biocheminį deguonies suvartojimą, sąlygiškai atitinkantis vienam gyventojui per parą tenkantį teršalų kiekį (60 g BDS 5 per parą). Pirminiuose nusodintuvuose paprastai sulaikoma % skendinčiųjų medžiagų. Vertikalieji nusodintuvai (3.10 pav.) naudojami stambesnėms dalelėms atskirti, kai reikia valyti per parą iki m 3 buitinių ar gamybinių nuotekų. Tokių nusodintuvų skersmuo siekia 4,5 9 m, nuotekų nusodinimo zona 4 5 m, nusodinimo greitis 0,5 0,6 m/s. Skaičiuojant priimama, kad srauto greitis v yra lygus stabilumui u. Horizontalieji nusodintuvai (3.11 pav.), tai stačiakampiai rezervuarai, turintys du ar daugiau vienu metu veikiančių skyrių. Naudojami, kai per parą reikia išvalyti daugiau kaip m 3 nuotekų. Nusodintuvų ilgis L siekia 8 12 m, gylis h 1,5 4 m, plotis 3 6 m, efektyvumas siekia iki 60 % ir viršija % vertikaliųjų nusodintuvų efektyvumą pav. Vertikaliojo nusodintuvo schema (pagal ВОЛОВНИК Г. И., ТЕРЕХОВ Л. Д., 2007) 3.11 pav. Horizontalioji nusodintuvo schema (pagal ВОЛОВНИК Г. И., ТЕРЕХОВ Л. Д., 2007) 74

76 Ryšys tarp nusodintuvo parametrų (ilgio L, gylio h) ir nuotekų greičio v ir nusėdimo greičio w gali būti nustatytas iš proporcijos (3.11 pav.): w h. (3.10) v L Esant laminariniam nuotekų judėjimui ir kai nusodinamos iki 1 mm dydžio dalelės, dalelių nusėdimo greitis w gali būti skaičiuojamas pagal Stokso formulę: 2 gd w 1 m/s, (3.11) 18 čia g laisvojo kritimo pagreitis m/s 2 ; d nusodinamų dalelių skersmuo mm; μ dinaminė vandens klampa N s/m 2 (kg/(m s)); ρ 1 dalelės tankis kg/m 3 ; ρ vandens tankis kg/m 3. Radialiniai nusodintuvai tai apvalūs rezervuarai (3.12 pav.), naudojami buitinėms ir panašioms nuotekoms valyti. Nusodintuve nuotekos juda nuo centro į kraštus. Tokių nusodintuvų našumas viršija m 3 /parą, gylis būna 1,5 5,0 m, o skersmuo m, efektyvumas siekia apie 60 % pav. Radialinis nusodintuvas. 1 antrinis skirstomasis vamzdis, 2 apskritiminis latakas, 3 vamzdis, 4 grandikliai, 5 judanti ferma, 6 priedubis, 7 dumblo vamzdis (pagal ВОЛОВНИК Г. И., ТЕРЕХОВ Л. Д., 2007) Nusodintuvo skersmuo gali būti apskaičiuojamas (BALTRĖNAS P. ir kt., 2008): D 4Q 3,6 K u čia Q nusodintuvo našumas m 3 /h; m, (3.16) K nusodintuvo tūrio išnaudojimo koeficientas 0,45 0,5; u dalelių nusodinimo greitis mm/s; ω koeficientas, kuriuo įvertinamas papildomas vandens pasipriešinimas dalelei nusėdant. Kai srauto greitis iki 5 mm/s, ω=0, kai greitis 10 mm/s ω=0,05. 75

77 Priimta, kad radialinio nusodintuvo skersmens D ir gylio h santykis turi būti Rekomenduojama, kai h=3 m, santykis D/h turi būti lygus 10 vienetų vertei. Nuotekų valymo laikas τ =1,25 h. Kreivinės ( Lamellos ) tipo nusodintuvai tai įrenginiai, turintys nuožulnias nuotekų nusodinimo plokštes arba vamzdžius. Juose dažniausiai yra sudaryta priešingų krypčių tėkmių sistema, kuriose nuotekos teka iš apačios į viršų, o dumblas slenka iš viršaus į apačią. Vietoj plokščių (lamelių) gali būti naudojami vamzdžiai. Tokių kreivinės tipo nusodintuvų (3.13 pav.) plokščių (arba vamzdžių) polinkio į horizontą kampas turi būti nuo 55 o iki 65 o, o tarpai tarp kreivinių tokie, kad neužsikimštų dumblu. Nusodintuvų, turinčių plokštes, efektyvumas pasireiškia tuo, kad dalelių nusėdimo atstumas būna mažesnis, negu anksčiau paminėtuose vertikaliniuose, horizontaliniuose ar radialiniuose nusodintuvuose. a b 3.13 pav. Kreivinės tipo nusodintuvai. a su nuožulniomis plokštėmis (1 korpusas, 2 plokštės, 3 dumblo bunkeris); b su vamzdžiais (pagal КРИВОШЕИН Д. А. и др., 2003) Nusodintuvų darbiniai elementai ( lamellos plokštės, vamzdžiai) surenkami į atskirus paketus (blokus), iš kurių lengva montuoti visą nusodintuvą. Naudojami plastikiniai vamzdžiai, jų skersmuo būna nuo 2,0 iki 5,0 cm, o ilgis apie 1 m arba plastiko plokštės. Dideli nusodintuvai montuojami iš atskirų paketų (blokų), kurių ilgis 3 m, plotis 0,75 m, aukštis 0,5 m. Vamzdelių paketai gali būti įrengiami su nuolydžiu nuo 10 o iki 60 o. Mažo nuolydžio nusodintuvai naudojami esant nedideliam kietųjų teršalų kiekiui. Efektyvumas siekia iki 85 %. Didelio nuolydžio privalumas nereikia valyti vamzdelių, nes teršalai nuslenka nuo jų patys. Naftos produktų gaudyklės. Naftos produktų gaudyklės tai įrenginiai nusodintuvai, efektyviai pašalinantys iš paviršinio lietaus ir gamybinių nuotekų tepalus, degalus. Naftos gaudyklės labai panašios į horizontaliuosius nuotekų nusodintuvus. Jos įrengiamos, kai naftos produktų koncentracija viršija 100 mg/l. Gaudyklės būna horizontaliosios ir vertikaliosios 76

78 (3.14 pav.). Lietuvoje plačiai naudojamos UAB Traidenis gaminamos ir montuojamos NG, NGP, NGP S naftos gaudyklės, kurių našumas būna nuo 1 iki 70 l/s ir didesnis. Įrenginiai montuojami degalinėse, automobilių ir žemės ūkio technikos plovyklose, mobiliosios technikos stovėjimo aikštelėse, garažuose, įmonėse. a b 3.14 pav. Naftos gaudyklės: a vertikalioji, b horizontalioji (TRAIDENIS:..., 2010 a) Jeigu gaudyklė montuojama važiuojamojoje kelio dalyje, transporto paviršinės apkrovos išskaidymui montuojama 200 mm storio armuota betoninė plokštė. Nuosėdos iš pirmos kameros valomos ne rečiau kaip kartą per 3 mėnesius. Gaudyklių filtras praplaunamas kartą per 1 2 metus. Trečiojoje kameroje esanti absorbuojamoji medžiaga turi būti keičiama, kai užsiteršia naftos produktais, vidutiniškai kartą per pusę metų. Riebalų gaudyklės (3.15 pav.) yra naudojamos valgyklų, mėsos, pieno perdirbimo ir kitų gamybos įmonių užterštoms riebalais nuotekoms valyti. Riebalų gaudyklės naudojamos kaip pirminis nuotekų valymo įrenginys. Gaudyklių pranašumai: gaminamos įvairaus našumo; nėra vidinių judančių dalių; patvari ir lengva stikloplasčio konstrukcija ir kt. Riebalų gaudyklės būna vertikalios (3.15 pav.) ir horizontalios (3.16 pav.). Jų veikimas yra pagrįstas riebalų atskirimo (seperacijos) principu. Riebalų gaudyklę sudaro dvi kameros. Nuotekos įtekėjimo vamzdžiu patenka į pirmąją kamerą, kur sulaikoma didžioji riebalų dalis, išskyrus skystuosius riebalus. Skystieji riebalai pilnai sulaikomi antrojoje kameroje, vadinamoje sorbcine, į kurią įdedamos serbento pagalvėlės. Šioje kameroje riebalai surišami per 12 s, susikaupusių riebalų sluoksnis negali būti storesnis kaip 15 cm. CRB tipo gaudyklių našumas siekia nuo 0,2 iki 0,8 l/s. Horizontaliosios RB tipo gaudyklės yra didesnio našumo negu vertikaliosios, jų našumą sąlygoja gaudyklės ilgis. Pavyzdžiui, esant gaudyklės skersmeniui 77

79 1200 mm, RB 1,2 gaudyklės, turinčios ilgį L=1500 mm, našumas siekia 1,4 l/s, o RB 2,4, turinčios L=2800 mm, našumas 2,4 l/s pav. CRB tipo vertikalioji gaudyklė. 1 korpusas, 2 dangtelis, 3 įtekėjimo vamzdis, 4 ištekėjimo vamzdis, 5 teršalų lygio signalizacijos dėžutė, 6 paskirstymo dėžutė, 7 susikaupusio riebalų sluoksnio signalizatorius, 8 pertvara (TRAIDENIS..., 2010 b) 3.16 pav. RB tipo horizontalioji riebalų gaudyklė. 1 korpusas, 2 dangtelis, 3 įtekėjimo vamzdis, 4 ištekėjimo vamzdis, 5 teršalų lygio signalizacijos dėžutė, 6 paskirstymo dėžutė, 7 susikaupusio riebalų sluoksnio signalizatorius, 8 pertvara (TRAIDENIS..., 2010 b) Septikai buitinių nuotekų pirminio valymo ir nuosėdų pūdymo įrenginys požeminis vienos ar kelių kamerų rezervuaras, per kurį lėtai teka valomosios nuotekos. Septikai naudojami mažų gyvenviečių, nedidelių įmonių (pvz., mėsos perdirbimo įmonių, pieninių ir kt.), individualių namų ar ūkininkų sodybų nuotekoms valyti. Septikai būna dviejų pagrindinių rūšių: septikai-pūdytuvai ir septikai-nusodintuvai. Septikai-pūdytuvai atlieka kietųjų dalelių nusodinimo, išplukdymo ir dumblo pūdymo funkcijas. Septikai-nusodintuvai yra mažesnio tūrio, todėl nuosėdos mažiau perpūva. Septiką sudaro viena (3.17 pav.), o dažniau dvi ar keturios sujungtos kiaurymėmis kameros. Nuotekoms mineralizuojantis ir pūvant išsiskiria dujos (metanas, amoniakas, sieros vandenilis), kurios nuotekų dalį iškelia į paviršių, susidaro pluta. Plutai mineralizuojantis plūdenos sunkėja ir vėl nugrimzta į dugną. Šis procesas periodiškai kartojasi. Dugne esantis dumblas tankėja. Iš dalies nuskaidrėjusios nuotekos iš pirmos kameros patenka į kitas (jei tokios yra), kuriose teršalai dar labiau mineralizuojasi. Ištekančių iš septiko nuotekų vidutinis užterštumas būna apie mg/l (pagal BDS 5 ). Žiemą septikų paviršiai apšiltinami. Prieš naudojimą septiką reikia papildyti vandeniu ir įpilti 3 5 kibirus % kalkių pieno arba tiek pat dumblo iš gerai veikiančio 78

80 septiko. Apvalytų septike nuotekų, kuriose mineralizuojasi % teršalų, išleisti į atvirus vandens šaltinius negalima, todėl jos turi būti toliau valomos biologiškai arba kitais būdais pav. Vienos kameros septiko schema (pagal SEPTIC SYSTEMS..., 2011) Vietoj septikų- pūdytuvų naudojami septikai-nusodintuvai, kurie yra mažesnio tūrio. Mažiausias septiko-nusodintuvo tūris vienai 5-ių asmenų šeimai turi būti ne mažesnis kaip 3 m 3, o septiko- pūdytuvo 6 m 3. Kai naudojamas daugiakamerinis septikas-pūdytuvas, jo tūris apskaičiuojamas pagal 1500 l/gyv. normą, tačiau ne mažesnis kaip 6 m 3. Apvalūs septikai dažniausiai gaminami iš gelžbetoninių žiedų ar kitų surenkamųjų elementų, o keturkampiai septikai iš stikloplasčio, plastikų Biologinis nuotekų valymas pusiau gamtinėmis sąlygomis Po nuotekų mechaninio valymo, kuris kaimo vietovėse dažniausiai atliekamas septikuose, smėliagaudėse, naftos produktų ir riebalų gaudyklėse, vykdomas nuotekų biologinis valymas pusiau gamtinėmis mažo intensyvumo įrenginiuose. Mažose gyvenvietėse įrengiami dirbtinėmis sąlygomis veikiantys vidutinio intensyvumo įrenginiai, o miestuose intensyvaus valymo įrenginiai. Mažo intensyvumo įrenginiai tai nuotekų sugerdinimo šuliniai, tranšėjos, laukai, paviršinio sugerdinimo sistemos, sugerdinimo kauburėliai, biologiniai tvenkinėliai arba nuotekų sukauptuvai su laistymo įrenginiais ir kt. (3.18 pav.). Ekstensyvaus valymo įrenginių naudojimą reglamentuoja MAŽŲ NUOTEKŲ KIEKIŲ TVARKYMO REGLAMENTAS, STR :2004, LAND ir kiti norminiai teisės aktai. Vidutinio intensyvumo įrenginiai tai nuotekų antrinio biologinio valymo fiksuotais mikroorganizmais filtravimo įrenginiai. Skiriami trys pagrindiniai filtravimo įrenginių tipai: įrenginiai, kuriuose laikmena (įkrova) yra nejudama ir pro ją sruvena nuotekos (laistomieji reaktoriai, smėlio, durpių, putų ir kt. filtrai); įrenginiai, kuriuose laikmena juda nuotekų atžvilgiu (nardinamieji reaktoriai); dvejopo veiksmo įrenginiai, kuriuose yra sujungtas valymas biologine plėvele ir aktyviuoju dumblu. 79

81 Intensyvaus valymo įrenginiai tai biologinio nuotekų valymo aktyviuoju dumblu įrenginiai. Aktyvusis dumblas naudojamas nuotekų valymo įrenginiuose aerotankuose, sekos (periodinio veikimo) biologiniuose reaktoriuose (SBR) ir pan pav. Nuotekų valymo būdai: 1 infiltracijos šulinys arba tranšėja, 2 ir 3 nuotekų filtravimas per gruntą, 4 valymas tvenkinėlyje, 5 nuotekų panaudojimas laukams laistyti (PAŽANGAUS ŪKININKAVIMO TAISYKLĖS..., 2007) Nuotekų sugerdinimas ir filtravimas kaimuose, ūkininkų sodybose ar kolektyviniuose soduose, kai nėra centralizuotų nuotekų surinkimo sistemų, atliekamas antžeminiuose arba požeminiuose filtravimo laukuose. Filtravimo laukas, kaip apibrėžia LAND taisyklės, yra biologinio valymo įrenginys, kuriame nuotekos paskleidžiamos žemės paviršiuje (antžeminiai filtravimo laukai) arba podirvyje aukščiau gruntinio vandens paviršiaus (požeminiai filtravimo laukai) ir savaiminiu būdu infiltruojamos į žemės sluoksnius, pasižyminčius natūraliomis valomosiomis savybėmis. Nuotekų sugerdinimas remiasi gruntų savybe sugerti valomas nuotekas. Nuotekų sugerdinimui gali būti naudojami įvairios konfigūracijos ir tipų nuotekų sugerdinimo įrenginiai: sugerdinimo tranšėjos ir šuliniai, sugerdinimo laukai, paviršinio sugerdinimo sistemos, sugerdinimo kauburėliai (STR :2004). Nuotekų sugerdinimas dažniausiai vykdomas skaldos ir / ar grunto aplinkoje (3.19 pav.). Valant nuotekas molinguose gruntuose, gruntai jų nesugeria. Ištekėjusios iš skirstomojo perforuoto vamzdžio nuotekos turi filtruotis per smėlio sluoksnį, esantį tarp skaldos sluoksnių (3.20 pav.), ir surinktos drenažo vamzdžiu nukreipiamos į vandens telkinį ar nuotekų rinktuvą. 80

82 Šiuo metu aiškios takoskyros tarp nuotekų sugerdinimo ir filtravimo laukų sąvokų nėra. Nuotekų sugerdinimo įrenginiai statomi vietovėse, kuriose gruntinio vandens lygis iki sugerdinančiojo įrenginio apatinės dalies yra ar gali būti ne mažesnis kaip 0,6 m. Rekomenduojamas lygis 1,5 m iki sugerdinančiojo įrenginio apatinės dalies pav. Nuotekų sugerdinimo schema (pagal KIT-SET FOR DRAINED, ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ) 3.20 pav. Nuotekų filtracijos schema (pagal KIT-SET FOR DRAINED..., ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ) Filtravimo šulinys, filtravimo tranšėja. Filtravimo šulinys kompaktiškas, įgilintas į aeracijos zoną biologinio valymo įrenginys mažiems buitinių nuotekų kiekiams valyti, filtruojant per gruntą (3.21 pav.) pav. Infiltracijos šulinys. 1 landa, 2 apšiltintas dangtis, 3 srauto slopinimo plokštė, 4 perforuotas gelžbetonio žiedas, 5 ventiliacijos vamzdis, t perforuoto gelžbetonio žiedo aukštis, D šulinio skersmuo (Z. STRUSEVIČIUS ir kt., 1998) 81

83 Šie įrenginiai plačiai paplitę soduose, ūkininkų sodybose. Daugelis aplinkosaugos specialistų filtravimo šulinius vertina negatyviai, nes jie gali teršti požeminius vandenis, o STR :2004 nurodo, kad nuotekų sugerdinimui negali būti naudojami nuotekų sugerdinimo šuliniai, nes jie sudaro didelį gruntinio vandens užteršimo pavojų, yra gilūs, be dugnų, turi gelžbetonio rentiniuose kiaurymes, per kurias nuotekos filtruojasi į gruntą. Taigi, filtravimo šulinius reikia laikyti ne filtravimo, o nuotekų sugerdinimo įrenginiais. Šie įrenginiai naudojami nedideliems iki 1500 l/parą nuotekų kiekiams valyti. Jie gali būti įrengiami smėlio ir priesmėlio gruntuose, kai gruntinio vandens lygis yra 1 m žemiau negu šulinio dugnas. Filtravimo šuliniai seniau, o kartais ir dabar, vadinami infiltracijos šuliniais. Jų dugnas apytikriai būna 4,5 5 m gylyje nuo žemės paviršiaus. Šulinio skersmuo parenkamas tokio dydžio, kad 1 m 2 plote būtų paskleidžiama ne daugiau kaip 150 l/parą nuotekų. Pvz., esant šulinio skersmeniui 1,5, o perforuotos dalies aukščiui 1 m, šulinio leistinasis hidraulinis apkrovimas neturi būti didesnis kaip 260 l/parą priesmėlio grunte, o vidutinio smulkumo smėlyje 570 l/parą. Filtravimo tranšėjas galima laikyti nuotekų sugerdinimo, o kai jos dugne yra drenažo vamzdis filtravimo įrenginiu (3.22 pav.). Tokios tranšėjos įrengiamos vietose, kur nuotekų valymą galima atlikti tik siaurose ilgose zonose ir kur gruntas blogai praleidžia vandenį. Filtravimo tranšėjos ilgis priklauso nuo valomų nuotekų kiekio. Filtravimo tranšėjos eksploatacijos trukmė metų. Filtruojančių tranšėjų nerekomenduojama įrengti po kietomis dangomis ir įvažomis Filtravimo tranšėjos skersinis pjūvis. 1 drenažinis vamzdis, 2 stambiagrūdis užpilas, 3 vidutinio stambumo užpilas, 4 smulkiagrūdis užpilas, 5 smėlio sluoksnis, 6 skirstomasis nuotekų vamzdis, 7 stambiagrūdis užpilas, 8 hidroizoliacija, 9 gruntas, 10 ventiliacinis stovas (СИНЕЛЬНИКОВ В. С., 2007) Podirvinis nuotekų valymas. Podirvinis nuotekų valymas dažniausiai įrengiamas ūkininkų sodybose, kai nėra arti vandens imtuvo (upelio, tvenkinio, melioracijos griovio ir pan.). Toks valymo būdas priimtas vadinti podirvinio drėkinimo sistema. Podirviniam nuotekų valymui įrengti naudojamas tranšėjinis nuotekų sugerdinimo būdas. Podirvinio drėkinimo sistema (PDS) įrengiama laukuose, kuriuose gruntinio vandens lygis yra žemiau kaip 1 m nei drėkintuvas. Šachtiniai šuliniai turi būti gruntinio vandens aukštutinėje dalyje ir ne arčiau kaip

84 už 50 m (Z. STRUSEVIČIUS ir kt., 1998). PDS aplinkos apsaugos požiūriu geriausiai rengti su negiliais apšiltintais durpėmis drėkintuvais (nuotekų skirstytuvais) (3.23 pav. a, b) pav. Podirvinio drėkinimo schema. 1 paskirstymo šulinys, 2 drėkintuvai, a apšiltintas drėkintuvas lengvuose gruntuose; b molinguose gruntuose, c neapšiltintas drėkintuvas molinguose gruntuose.(z. STRUSEVIČIUS ir kt., 1998) Įrengus PDS, sklypą reikėtų apsėti nendriniais dryžučiais ar kitomis varpinėmis žolėmis. PDS apkrova turėtų būti ne didesnė 3 l/m 2 d. Taigi, vienam asmeniui reikia skirti 60 m 2 žemės ploto. Tranšėjos kasamos 0,001 0,003 nuolydžiu, drėkintuvų ilgis iki 30 m. Drėkintuvams įrengti parenkami perforuoti plonasieniais polietileniniai vamzdžiai, kurie paprastai naudojami drenažui įrengti. Vamzdžiai užpilami mm žvyro (frakcija 4 8 mm) sluoksniu. PDS galima rengti ir neapšiltintą, kai gruntinio vandens lygis yra 3 4 m gylyje. Jei gruntai molingi, tranšėjos užpilamos smėliu (3.23 pav., c). Statinis nuotekų slėgis paskirstymo šulinyje neturi būti didesnis kaip 800 mm, nes gali prasidėti sufozija, t. y. koloidinių dalelių išplovimas iš dirvožemio. Smėlio filtrai įrengiami vietovėse, kur yra pavojus užteršti geriamąjį vandenį ir kai yra kur išleisti apvalytas nuotekas, kai netinka (žvyras arba sunkūs moliai) arba trūksta plotų podirviniam nuotekų sugerdinimo sistemai įrengti. Smėlio filtrai būna įvairių rūšių: smėlio, smėlio-grunto, smėlio-žvyro, smėlio-nendrių, vertikalūs, horizontalūs filtrai ir pan. Šiuo metu, kur nėra centralizuoto nuotekų surinkimo ir valymo sistemų, naudojami smėlio ir smėliogrunto filtrai. Smėlio filtrai būna vienos arba kelių sekcijų (3.24 pav.). Kai filtruose smėlio sluoksnio storis yra cm, galima sulaikyti net iki 99 % E. coli bakterijų. 83

85 3.24 pav. Dviejų sekcijų smėlio filtro schema. 1 ventiliacijos stovas, 2 nuotekų skirstymo vamzdis, 3 smėlio sluoksnis, 4 žvyro sluoksnis, 5 drenažo vamzdis, 6 kontrolinis šulinys (pagal ЖУКОВ Б.Д., 1999) Smėlio-grunto filtrai (3.25 pav.) įrengiami vietose, kur yra aukštas gruntinių vandenų lygis arba blogai filtruojantys molio gruntai. Tokie filtrai supilami iš smėlio ant grunto nedidelio ploto. Nuotekos filtruojasi per smėlio ir grunto sluoksnius pav. Smėlio-grunto filtras. 1 smėlio sluoksnis, 2 nuotekų skirstomasis vamzdis, 3 augalinė danga, 4 gruntas (pagal ЖУКОВ Б.Д., 1999) Smėlio-žvyro filtrai (3.26 pav.) įrengiami iškasose. Ant iškasos dugno užpilamas žvyro arba skaldos sluoksnis, ant jo pilamas stambaus ir vidutinio smulkumo smėlio sluoksniai. Smėlis padengiamas žvyro sluoksniu, kuriame klojamas nuotekų skirstomasis perforuotas vamzdis. Filtras apipilamas gruntu, jame sėjamos augalinės žolės. Smėlio-nendrių filtrai įrengiami, kaip ir smėlio-žvyro filtrai, iškasose, užpildytose nendrėmis (3.27 pav.) pav. Smėlio-žvyro filtro schema. 1 ventiliacijos stovas, 2 skirstomasis vamzdis, 3 smėlis, 4 drenažo perforuotas vamzdis valytoms nuotekos surinkti, 5 žvyras, 6 gruntas su augalais (pagal ЖУКОВ Б.Д., 1999) 84

86 3.27 pav. Smėlio-nendrių filtras. 1 skirstomasis vamzdis, 2 polistirolo danga, 3 žvyro ir skaldos (8 50 mm) prizmė, 4 smėlis, 5 žvyro ir skaldos atvirkštinis filtras, 6 gaudomoji drena, 7 išleistuvas reguliatorius, 8 polietileno plėvelės ekranas (Z. STRUSEVIČIUS ir kt., 1998) Nendrės pridengia nuo saulės šviesos valomų nuotekų paviršių ir trukdo dumblių dauginimuisi, vandens telkinių, į kuriuos išleidžiamos nuotekos, eutrofikacijai. Nendrių tvenkinėliai patys mažiausieji biologinių tvenkinių atstovai. Jie gali būti įrengiami pavienėse ūkininkų sodybose, kuriose yra kūdra (3.28 pav.). Tvenkinėlyje turi tilpti ne mažiau kaip 20 parų nuotekų kiekis (vienam gyventojui 4 m 3 ). Tvenkinėlio iškasa turi būti pakankamo gylio, kad tilptų cm augalinio grunto sluoksnis, o virš jo 0 70 cm vandens sluoksnis. Tvenkinėlio ilgio ir pločio santykis turėtų būti ne mažesnis kaip 3:1. Tvenkinėlis nuo kūdros atskiriamas filtruojamąja žvyro damba 4 (frakcija 1 4 mm). Damba apsaugo kūdrą nuo dumblių į ją paplitimo. Įrengus tvenkinėlį, dugnas ir filtruojamoji damba užsodinami 40x40 cm atstumais nendrėmis pav. Nendrių tvenkinėlis. 1 vandens lygis, 2 augalinio dirvožemio sluoksnis, 3 molio ekranas, 4 filtruojamoji damba, 5 kūdra (Z. STRUSEVIČIUS ir kt., 1998) Biologinis tvenkinys yra dirbtinis įrenginys, skirtas valyti nuotekoms artimomis gamtinėms sąlygoms. Biologiniuose tvenkiniuose (BT) valomos mažų gyvenviečių ir nedidelių įmonių nuotekos. Juose vyksta biologinis valymas dėl to, kad nuotekos tvenkinyje išbūna arba teka ilgą laiko tarpą. BT būna pavienių arba grupinių, kurie sudaro biologinį tvenkinyną. Biologinis tvenkinynas yra biologinio nuotekų valymo sistema, susidedanti iš kelių tvenkinių, per kuriuos nuotekos prateka nuosekliai. Pirmasis tvenkinys gali veikti kaip 85

87 nusodinimo tvenkinys arba kaip anaerobinis tvenkinys. Kitas tvenkinys yra iš dalies aerobinis (fakultatyvinis) tvenkinys, kuriame vyksta anglies ir azoto junginių skaidymas. Kiti tvenkiniai yra nuotekų tretinio valymo įrenginiai, kuriuose vyksta ir patogeninių mikroorganizmų sumažinimas veikiant saulės radiacijai (spinduliuotei). BT yra panašūs į nedidelius gamtinius vandens telkinius, tačiau jie yra seklesni apie 1 m gylio, o plotas nuo 0,5 iki 1 ha. BT turi būti nelaidūs vandeniui, kad iš jų nevyktų eksfiltracija ir nebūtų teršiamas gruntas bei gruntiniai vandenys. Nuotekų valymas susideda iš kelių stadijų: mechaninio teršalų nusodinimo, fotosintezės, aerobinės teršalų oksidacijos ir anaerobinio teršalų skaidymo. Pagrindinis procesas, vykstantis BT, yra fotosintezė. Tvenkinio paviršiniame vandens sluoksnyje dėl saulės šviesos poveikio auga dumbliai, kurie gamina deguonį, būtiną funkcionuoti aerobinėms bakterijoms, ardančioms teršalų organines medžiagas. Bakterijų gaminamas anglies dvideginis ir tvenkinyje esančios biogeninės medžiagos skatina dumblių augimą. Šis procesas vyksta tol, kol biotvenkinys gauna saulės energijos ir organinių medžiagų. Biotvenkinio dugne, į kurį neprasiskverbia šviesa, vystosi anaerobinės bakterijos, mintančios nusėdusiais organiniais teršalais, joms funkcionuoti nebūtinas deguonis. Skaidantis organikai dėl tokių bakterijų poveikio, išsiskiria deguonis ir metanas. Pirmojo biotvenkinio plotas turi būti toks, kad 1 gyventojų ekvivalentui GE tektų 6 m 2 ploto tai sudaro apie 8,3 g BDS 5 /m 2 d (LEVITAS E., RADZEVIČIUS A., ŽIBIENĖ G., 2008). Biotvenkinio forma turi būti nepalanki bakterijų vystymuisi, nustelbianti dumblių augimą. Balansas tarp šių procesų turi užtikrinti pakankamą BT ištirpusio deguonies kiekį. Tuo tikslu BT ilgio ir pločio santykis neturi būti didesnis kaip 3:1. Tvenkinys turi būti 1±0,2 m gylio. Esant tokiam gyliui, į jį prasiskverbia šviesa ir deguonis, o dugne neskatinama augti aukštesnioji vandens augmenija. Antrojo ir trečiojo tvenkinių bendras plotas 5 m 2 /GE, o gylis 1±0,2 m. Tvenkinių forma gali skirtis nuo reikalavimo 3:1 santykio. Pagal organinių priemaišų ir ištirpusio nuotekose deguonies kiekį biologiniai tvenkiniai yra skirstomi į anaerobinius, fakultatyvius aerobinius, aerobinius. Anaerobiniai tvenkiniai plačiai naudojami gyvenviečių komunalinėms-buitinėms ir pramoninėms nuotekoms valyti. Juose anaerobiniai organizmai (bakterijos) gyvena ir vystosi laisvo deguonies neturinčioje aplinkoje. Tokių tvenkinių valymo efektyvumas siekia apie 80 %. Anaerobinis organinių medžiagų skaidymas susideda iš organinių junginių hidrolizės, acetogenezės ir metagenezės. Hidrolizės metu bakterijos organinių medžiagų angliavandenilius, riebalus ir baltymus paverčia monosacharidais, riebiosiomis bei amino rūgštimis. Acetogenezės metu kita bakterijų grupė šiuos produktus suskaido iki lakiųjų riebiųjų rūgščių, spiritų aldehidų, vandenilio ir angliarūgštės. Toliau pastaruosius produktus 86

88 skaido metanogeninės bakterijos. Susidaro metanas ir anglies dvideginis. Anaerobinių tvenkinių optimalūs parametrai tokie: nuotekų temperatūra +30 o C, ph 6,5 7, nuotekose neturi būti sunkiųjų metalų ir deguonies. Anaerobiniai tvenkiniai būna gilūs 3 6 m, pasižymi dideliu organinių teršalų apkrovimu (BDS 5 = kg/ha per parą). Anaerobinių tvenkinių paviršiuje susidaro iki 0,5 m teršalų pluta. Trūkumas: skleidžia nemalonų kvapą. Fakultatyvieji tvenkiniai tokie vandens telkiniai, kuriuose vyksta aerobiniaianaerobiniai procesai. Tvenkinių gylis siekia apie 2,5 m, juose žalieji dumbliai ir įvairios aerobinės ir anaerobinės bakterijos skaido nuotekų organiką. Paviršiniuose vandens sluoksniuose vyksta intensyvus fotosintezės procesas, jo metu vanduo prisisotina deguonies, o apatiniuose sluoksniuose jo koncentracija yra maža. Giliausiuose tvenkinių sluoksniuose vyrauja anaerobiniai procesai. Aeruojami tvenkiniai skiriasi nuo anaerobinių ir fakultatyviųjų tuo, kad juose vykdoma dirbtinė aeracija (prisotinimas oro ir jo deguonies), naudojant mechaninius aeratorius (orapūtes) arba pneumatinę aeraciją (suspausto oro difuzorius). Aeruojamieji tvenkiniai susideda iš ne mažiau kaip dviejų tvenkinių. Viename iš jų vyksta dirbtinis aeravimas, o kitas tvenkinys veikia kaip nusodinamasis tvenkinys. Aerobiniuose tvenkiniuose organinių medžiagų skaidymas vyksta daug greičiau negu anaerobiniuose. Aerobiniame tvenkinyje valomos nuotekos, vykstant aeracijai yra maišomos su aerobiniais mikroorganizmais (bakterijomis ir grybeliais). Nusodinimo tvenkinyje mikroorganizmų sulaikytos teršalų dalelės nusėda ir sudaro dumblą. Dumblas šalinamas iš pastarojo tvenkinio tarpais, priklausančiais nuo susikaupusio dumblo kiekio. Aeravimo tvenkinio plotas būna nuo 1,5 iki 3 m 2 /GE, o tūris 3 m 3 vienam aptarnaujamam gyventojui. Aerotvenkinio gylis nuo 2 iki 3,5 m, kai aeruojama paviršiniais aeratoriais, ir iki 4,0 m, kai aeruojama suspaustu oru. Nusodinamojo tvenkinio gylis nuo 2 iki 3 m, naudojant paviršinius aeratorius, o minimalus gylis 2 m. Įrengus du nusodinimo tvenkinius, jų paviršiaus plotas 0,6 m 2 /GE. Dumblas iš jų šalinamas kartą per dvejus metus. Aerotvenkinių pagrindinis trūkumas yra tai, kad sunaudoja daug elektros energijos, skleidžia triukšmą Biologinių nuotekų valymas dirbtinėmis sąlygomis Biologinis nuotekų valymas mažo intensyvumo įrenginiais pusiau gamtinėmis sąlygomis yra nebrangus, priežiūra nesudėtinga, tačiau turi trūkumų: reikia didelių žemės plotų, aeruojant biologinius tvenkinius sunaudojama daug elektros, valymo efektyvumas priklauso nuo metų sezoniškumo ir kt. Efektyviau nuotekos valomos dirbtinėmis sąlygomis filtravimo įrenginiais ir veikliuoju (aktyviuoju) dumblu. Kaimiškosiose gyvenvietėse ir 87

89 miesteliuose nuotekos dažnai valomos filtravimo įrenginiuose (biofiltruose, anaerobiniuose reaktoriuose), o miestuose veikliojo dumblo įrenginiuose. Bioplėveliniai įrenginiai tai biologinio valymo fiksuotais mikroorganizmais įrenginiai, kuriuose nuotekų valymui naudojama bioplėvelė (mikroorganizmai, prisitvirtinę prie laikmenos filtruojančiosios medžiagos). Galima išskirti tokius pagrindinius filtravimo įrenginių tipus: įrenginiai, kuriuose laikmena yra nejudama ir pro ją sruvena nuotekos (laistomieji reaktoriai, smėlio, durpių, putų ir kt. filtrai); įrenginiai su panardinta laikmena; įrenginiai, kuriuose laikmena juda nuotekų atžvilgiu (nardinamieji reaktoriai); dvejopo veiksmo įrenginiai, kuriuose yra sujungtas valymas biologine plėvele ir aktyviuoju dumblu. Laistomajame reaktoriuje yra stacionari laikmena (skalda, žvyras, plastiko elementai ir kt.), pro kurią srūva valomos nuotekos. Deguonis į laikmeną patenka natūraliu arba dirbtiniu vėdinimu. Ant laikmenos susidariusi biologinė plėvelė mitybai naudoja į valymo įrenginį pritekančių nuotekų koloidines ir ištirpusias teršalų organines daleles. Priaugančios biologinės plėvelės perteklius pro laikmeną sruvenančių nuotekų nuplaunamas nuo laikmenos ir kartu su nuotekomis nuteka į antrinį nusodintuvą. Jame biologinė plėvelė nusėda ir taip atsiskiria nuo valytų nuotekų, kurios gali būti išleidžiamos į aplinką, grąžinamos pakartotiniam valymui arba nuteka į tolesnio valymo įrenginius. Laistomieji reaktoriai, kartais vadinami siauraisiais, būna įvairių konstrukcijų. Laistomieji reaktoriai sublokuojami su septikais, anaerobinėmis kameromis, yra kelių laipsnių, vertikalūs, horizontalūs. Pavyzdžiui, nuotekų valymo įrenginys Osima (3.29 pav.) turi dvi anaerobines kameras ir biofiltrą su keramzito nejudama laikmena (įkrova). Įrenginio efektyvumas pagal išvalytas nuosėdas ir BDS 5 siekia 90 %. Biofiltruose su panardinta laikmena įkrova būna visą laiką apsemta (3.30 pav.). Tokiame filtre, įrengtame Radviliškio nuotekų valykloje, naudojama 5 10 mm frakcijos keramzito įkrova, kurios sluoksnio storis 1,2 1,5 m. Valomos nuotekos, tekėdamos iš viršaus į apačią, apsemia įkrovą. Viršutinė įkrovos dalis aeruojama per perforuotą vamzdį, įrengtą cm nuotolyje nuo įkrovos viršaus. Išvalytos nuotekos surenkamos per dreną 8, o apatinės įkrovos sluoksnis aeruojamas per perforuotą vamzdį 9. Regeneruojant įkrovą vamzdžiuose vanduo ir oras juda priešingomis kryptimis. Abi sistemos įrengtos mm žvyro frakcijos sluoksnyje, kurio storis siekia 402 cm. Veikiant tokiai aeracinei sistemai, viršutinis nuotekų sluoksnis prisotinamas 5 6 mg/l, o apatinis 2 3 mg/l deguonies koncentracija. 88

90 3.29 pav. Valymo įrenginio Osima schema. 1 ir 11 asbestocementiniai vamzdžiai, 2 penoplastas, 3 labirintas, 4 prispaudimo tinklas, 5 sifonas, 6 pertvara, 7 įtekėjimo polietileninis vamzdis, 8 nuotekos, 9 gelžbetoninis korpusas, 10 įkrova (pagal ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД...) pav. Biofiltro su panardinta laikmena schema. 1 nuotekų padavimo vamzdis, 2 korpusas, 3 skirstomasis piltuvas, 4 vandens, naudojamo įkrovos praplovimui, indas, 5 sifonas, 6 plaunančiojo vandens tiekimo vamzdis, 7 viršutinė aeruojančiojo oro sistema, 8 išvalytų nuotekų ir plaunančiojo vandens tiekimo sistema, 9 apatinė aeruojančiojo oro sistema (pagal БИОФИЛЬТР OKСИПOP...) Daugelyje šalių paplitę diskiniai (nardinamieji) biofiltrai. Jie paprastai naudojami nedideliems nuotekų kiekiams ( m 3 /per parą) valyti. Jie dar vadinami rotaciniais biologiniais kontaktiniais biodiskais. Šie filtrai (3.31 pav.) turi horizontalųjį veleną su gofruotais diskais, turinčiais įdubas, kuriose prisitvirtina biologinė plėvelė. Sukantis velenui periodiškai į nuotekas panardinami plėvelės mikroorganizmai valo nuotekas. Šių reaktorių laikmenos paviršiaus plotas neturi viršyti 250 m 2 /m 3. Diskų skersmenys būna nuo 0,6 m iki 5 m, veleno ilgis iki 10 m. Nuotekų pratekėjimo nardinamojo reaktoriaus rezervuare trukmė, pratekant maksimaliam numatytam nuotekų debitui, turi būti ne mažesnis kaip 1 h, arba rezervuaro tūris turi būti ne mažesnis kaip 4 l/m 2 reaktoriaus diskų paviršiaus ploto (STR :2004). Norint apvalyti tokio tipo biofiltru gyvenvietės su 500 gyventojų nuotekas iki 35 mg BDS 5 /l reikalingas apie 1950 m 2 diskų paviršiaus plotas (LEVITAS E., RADZEVIČIUS A., ŽIBIENĖ G., 2008). Anaerobiniai reaktoriai leidžia pašalinti aerobinio valymo metodo didelių energijos sąnaudų aeracijai trūkumus bei susidarančios perteklinės biomasės perdirbimo ir utilizavimo problemas. Anaerobiniams reaktoriams nereikia elektros energijos aeracijai, o nuotekose esantys organiniai teršalai paverčiami į energijos šaltinį metano ir anglies dvideginio dujas. Anaerobinius reaktorius pagal biomasės būseną juose galima suskirstyti į dvi grupes (LEVITAS E., RADZEVIČIUS A., ŽIBIENĖ G., 2008): reaktorius su skendinčia biomase ir reaktorius su pritvirtinta biomase (pastarųjų veikimas analogiškas kaip bioplėvelinių biofiltrų). Vidutinio klimato sąlygomis anaerobinių reaktorių vidutinis valymo efektyvumas

91 siekia 43,3 % pagal BDS 5 ir 56,1 % pagal skendinčiąsias medžiagas. Anaerobinių reaktorių veikimas plačiai tirtas užsienio, Lietuvoje VGTU ir ASU mokslininkų, siekiant išgauti biodujas iš gyvulių ir paukščių mėšlo, mėsos, maisto pramonės bei kitų atliekų. Nuotekų valymas aktyviuoju dumblu. Veiklusis dumblas yra biologinė masė (dribsniai), susidarantis skendinčiųjų bakterijų ir kitokių mikroorganizmų augimo valomosiose nuotekose aerobinėmis arba anaerobinėmis sąlygomis. Valymo veikliuoju dumblu pagrindą sudaro nuotekų biologinis švarinimas, kai nuotekų ir veikliojo dumblo mišinys aerotanke (biologiniame reaktoriuje) yra maišomas ir / ar aeruojamas, vėliau antriniame nusodintuve veiklusis dumblas nuo valytų nuotekų atskiriamas ir grąžinamas į vyksmą, o dumblo perteklius pašalinamas (3.32 pav.) pav. Diskinio biofiltro schema. 1 rezervuaras, 2 pertvara su kiaurymėmis, 3 velenas, 4 skirstomasis bakelis, 5 reduktorius, 6 elektros variklis, 7 plastmasiniai diskai, 8 įrenginio ištuštinimo vamzdis, 9 išleidžiamoji kišenė, 10 bandinio atskyriklis, 11 vamzdis išvalytoms nuotekoms išleisti (pagal ПОГРУЖНЫЕ БИОФИЛЬТРЫ) 3.32 pav. Aerotanko veikimo schema. 1 cirkuliuojantis aktyvusis dumblas, 2 perteklinis veiklusis dumblas, 3 siurblinė, 4 antrinis nusodintuvas, 5 aerotankas, 6 pirminis nusodintuvas (pagal АЭРОТЕНКИ) Nuotekų biologinis valymas ir veikliojo dumblo atskyrimas gali vykti ne atskiruose rezervuaruose (aeravimo ir nusodinimo), bet gali būti atitinkamai periodinių procesų įrenginys viename rezervuare sekos biologiniame reaktoriuje arba jo modifikacijose (periodinio veikimo kanaluose). 90

92 4. DIRVOŽEMIO APSAUGA 4.1. Dirvožemio ištekliai, sudėtis ir reikšmė Dirvožemis apibudinamas įvairiai, tačiau jo sąvokos yra panašios, papildančios viena kitą. Pagal tarptautinį standartą ISO 11074:1996, dirvožemis viršutinis Žemės plutos sluoksnis, sudarytas iš mineralinių dalelių, organinės medžiagos, vandens, oro ir organizmų. Plačiau dirvožemio sąvoką bandyta apibrėžti Lietuvos Respublikos dirvožemio apsaugos įstatymo projekte (DAĮ PROJEKTAS, 1998): dirvožemis dirvodaros veikiamas viršutinis Žemės plutos sluoksnis (dažniausiai apie cm storio), susidarantis iš mineralinių dalelių, organinių medžiagų, vandens, oro bei gyvųjų organizmų, sudarančių derlingą daugiakomponentinę sistemą. Šiuo metu Lietuvoje teisės aktuose pateikiama tokia dirvožemio sąvoka: dirvožemis tai viršutinis purusis Žemės plutos sluoksnis, susidaręs iš gimtosios uolienos, veikiant dirvodaros procesams (kompleksiškai veikiant vandeniui, orui, gyviesiems organizmams), ir turintis potencialų derlingumą. Dirvožemio ištekliai pasaulyje yra riboti. Jūros ir vandenynai sudaro apie 71 % viso Žemės paviršiaus (per km 2 ), o sausuma užima apie km 2 plotą. Didžiąją sausumos dalį užima kalnai, ledynai, dykumos, druskingos ir per drėgnos žemės, amžino įšalo teritorijos, upės ir ežerai. Pasaulio žemės ūkio naudmenos užima apie ha (apie ha ariamosios žemės ir daugiamečių žolynų, apie ha pievų ir ganyklų). Didžiausią Lietuvos ploto ( ha) dalį 2010 metais užėmė žemės ūkio naudmenos ( ha) arba 53 % visos teritorijos (4.1 pav.). 4.1 pav. Žemės fondo pasiskirstymas pagal žemės naudmenų plotą procentais (LIETUVOS RESPUBLIKOS ŽEMĖS FONDAS, 2011) 91

93 Iš jos ariamosios žemės buvo ha, sodų ha, pievų ir natūralių ganyklų ha. Miškai užėmė ha, keliai ha, vandenys ha, užstatyta teritorija ha, kita žemė sudarė ha. Kitos žemės fonde pažeistų žemių buvo ha, pelkių ha, medžių ir krūmų želdinių ha ir nenaudojamų žemių ha. Lietuvoje yra ha nusausintų ir 4433 ha drėkinamų žemių (LIETUVOS RESPUBLIKOS ŽEMĖS FONDAS, 2011). Didelį rūpestį dirvožemio apsaugos klausimais kelia žmogaus veikla (netinkamas ūkininkavimas, masinis miškų kirtimas), pramonės veikla, turizmas, miestų ir pramonės plėtra, statybos darbai, kurie generuoja pažeistą žemių plotų augimą, dirvožemio degradaciją, užteršimą bei naikinimą. Žmonių veikla sąlygoja dirvožemio degradaciją, teršimą, naikinimą. Dirvožemio degradacija tai dirvožemio derlingumo sumažėjimas arba sunykimas, pakitus dirvožemio fizikinėms, cheminėms ir biologinėms savybėms dėl gamtinių ir technologinių veiksnių įtakos. Dirvožemio teršimas veikla, dėl kurios į dirvožemį patenka įvairios kenksmingos žmonių sveikatai ir aplinkai medžiagos bei organizmai tokiais kiekiais, kad mažėja dirvožemio derlingumas, ekologinė higieninė ir sanitarinė aplinkos būklė. Dirvožemio naikinimas (žalojimas) mechaninis dirvožemio savybių pakeitimas, nesusijęs su žemės ūkyje naudojamų dirvožemio įdirbimu, neigiamai veikiantis vieną arba kelias dirvožemio savybes. Dirvožemį sudaro kietoji, skystoji, dujinė ir gyvoji fazės. Dirvožemio kietoji fazė, dar kitaip vadinama dirvožemio skeletu, yra mineralinė dirvožemio dalis, kuri susiformavo iš dirvodarinės uolienos. Dirvožemio mineralinės medžiagos pagal jų granuliometrinę sudėtį (dalelių dydį) yra skirstomos į šešias frakcijas: akmenis, žvyrą, smėlį, dulkes, dumblą. koloidus (4.1 lentelė). Dirvožemyje daugiausia būna vadinamojo smulkžemio, t. y. mažesnių kaip 1 mm dalelių. Priklausomai nuo granuliometrinės sudėties dirvožemiai skirstomi į sunkius, vidutinio sunkumo (priemolio) ir lengvus (smėlio, priesmėlio). Nuo dirvožemio granuliometrinės sudėties priklauso beveik visos jo fizikinės ir cheminės savybės. 4.1 lentelė. Dirvožemio dalelių frakcijos (pagal DIRVOŽEMIO GRANULIOMETRINĖ SUDĖTIS) Frakcija Dalelių dydis, mm 1. Akmenys > 3 2. Žvyras Smėlis: - stambus (rupus) - vidutinio stambumo (rupumo) - smulkus 4. Dulkės: - stambios (rupios) - vidutinio stambumo (rupumo) - smulkios (švelnios) ,5 0,5 0,25 0,25 0,05 0,05 0,01 0,01 0,005 0,005 0, Dumblas 0,001 0, Koloidai < 0,0001

94 Skystoji dirvožemio fazė tai dirvožemio tirpalas (vanduo su ištirpusiomis mineralinėmis, organinėmis medžiagomis ir dujomis). Dujinė dirvožemio fazė tai dirvožemio oras, esantis vandens neužimtose porose. Optimalus oro kiekis dirvožemyje %. Gyvąją dirvožemio fazę (dar vadinamą biota) sudaro jame esantys mikroorganizmai, bestuburiai gyvūnai, dumbliai, augalų šaknys ir kt. Dirvožemio biota skirstoma į keturias pagrindines dalis: augalai, grybai, gyvūnai ir mikroorganizmai. Dirvožemio reikšmė yra įvairiapusiška. Pirmiausia dirvožemis užtikrina sąlygas gyvybės vystymuisi Žemėje, augalų derlingumą, aprūpina žmoniją maisto produktais, o augalus vandeniu ir maistinėmis medžiagomis, lemia geologinės ir biologinės medžiagų apykaitos tarpusavio sąveiką. Dirvožemio derlingumas sąlygoja gyvųjų organizmų pasiskirstymą, tankį žemynuose ir atskirose teritorijose. Dirvožemis sukaupia didelius organinės medžiagos kiekius (pvz., humusas) ir išlaiko cheminės energijos šaltinius (biogenines medžiagas). Dirvožemis taip pat turi higieninę reikšmę, nes jis yra lyg natūrali laboratorija: jame žūsta patogeninės bakterijos, virusai, parazitinių kirmėlių kiaušinėliai, tačiau per dirvožemį galima užsikrėsti infekcinėmis ligomis, pvz., cholera, stablige ir kt. Dirvožemis yra cheminių ir radioaktyviųjų medžiagų cirkuliacijos terpė sistemoje Išorinė erdvė žmogus Dirvožemio savybės Dirvožemis pasižymi fizikinėmis, cheminėmis ir kitomis savybėmis. Nuo šių savybių labiai priklauso dirvožemio taršos, žalojimo, naikinimo, degradacijos intensyvumas, apsaugos priemonių panaudojimo efektyvumas. Dirvožemio fizikines savybes galima suskirstyti į bendrąsias ir fizines-mechanines. Pagrindinės dirvožemio fizikinės-mechaninės savybės yra: lipnumas, kietumas, plastiškumas, brinkimas, rišlumas. Nuo šių savybių priklauso žemės dirbimo laikas ir kokybė, dirvožemio žalojimo pasekmės. Dirvožemis pasižymi ir kitomis fizikinėmis savybėmis: poringumu, oro ir vandens pralaidumu, drėgmės imlumu, dirvos kapiliarumu, tankiu, drėgnumu (DIRVOŽEMIO FIZIKINĖS...). Dirvožemio lipnumas drėgno dirvožemio dalelių savybė lipti tarpusavyje arba prie įvairių daiktų. Lipnumas neigiama savybė, apsunkinanti arimą, kasimą, dirvožemio rekultivaciją ir kitus darbus. Dirvos kietumas dirvos savybė priešintis ją veikiančiam kietam kūnui. Kietumas parodo dirvožemio dalelių sąryšį ir tų dalelių trinties jėgą su kietu kūnu. Kietas dirvas mažiau veikia mechaninis žalojimas, vėjo ir vandens erozijos. Dirvožemio plastiškumas gebėjimas negrįžtamai keisti savo formą ir matmenis (plastiškai deformuotis), veikiant išorinei apkrovai (jėgai), bet išlaikyti vientisumą. 93

95 Brinkimas drėkinimo tūrio didėjimas. Labiau brinksta dirvožemiai, turintys daugiau dumblo ir koloidinių dalelių. Dirvožemio rišlumas dirvožemio pasipriešinimas išorinėms jėgoms, galinčioms atskirti dirvožemio arba grunto daleles viena nuo kitos, savybė. Rišlesni yra tie dirvožemiai, kurie turi daugiau koloidinių dalelių, jie atsparesni dirvožemio erozijai. Dirvožemio tankiu vadinama sauso nesuardyto dirvožemio 1 cm 3 masė gramais. Purioje dirvoje tankis siekia tik 0,95 1,1 g/cm 3, o traktoriaus vėžėje gali siekti 1,6 g/cm 3. Gamtinis tankis ρ apskaičiuojamas pagal formulę (ВАЛЬКОВ В. Ф., КАЗЕЕВ К. Ш., КОЛЕСНИКОВ С. И., 2004): M d g/cm 3, (4.1) V čia M tam tikro tūrio grunto masė g; V nesuardyto grunto tūris (grūdelių tūris + porų tūris) cm 3. Dirvožemio poringumas tai dirvos porų suminio tūrio santykis su viso grunto tūriu, išreikštas procentais (ВАЛЬКОВ В. Ф., КАЗЕЕВ К. Ш., КОЛЕСНИКОВ С. И., 2004): Vn n 100 % (4.2) V čia V n suminis porų tūris tam tikrame nesuardyto dirvožemio tūryje cm 3 ; V nesuardyto dirvožemio (grunto) tūris cm 3. Dirvos geriausiai apsivalo nuo biologinių ir cheminių teršalų esant % poringumui. Juo poringumas didesnis, tuo dirvos filtracijos savybės prastesnės, dirvožemis būna labiau užterštas. Dirvožemio oro pralaidumas dirvožemio savybė praleisti orą per jo visą sluoksnį. Esant geram oro pralaidumui į dirvą patenka daugiau deguonies, aktyviau vyksta oksidacija, geriau apsivalo nuo užterštumo organinėmis medžiagomis. Geriau ventiliuojasi stambiagrūdės bei sausos dirvos. Dirvožemio drėgnumas tam tikras jame esančios drėgmės kiekis. Vandens pralaidumas (filtracinės savybės) dirvos savybė sugerti ir praleisti vandenį. Nuo filtracijos priklauso dirvos galimybė valyti gyvenviečių nutekamuosius vandenis, užteršti požeminius vandens šaltinius pavojingais bei užterštais gyvenviečių paviršiniais vandenimis. Drėgmės imlumas drėgmės kiekis, kurį sugeba dirva išlaikyti kapiliarinėmis ir sorbcinėmis jėgomis. Dirvos drėgmės imlumas tuo didesnis, kuo mažesnės dirvos poros ir kuo didesnis jų tūris. Vidutinio stambumo žvyras sulaiko 7 %, stambus smėlis 23 %, o 94

96 smulkus 65 % vandens. Drėgnos dirvos nepraleidžia oro, blogai filtruojasi, trukdo nutekamųjų vandenų apsivalymui. Tokios dirvos būna nesveikos, šaltos ir šlapios. Dirvos kapiliarumas sugebėjimas pakelti vandenį kapiliarais iš apatinio horizonto į viršutinį. Kuo dirva smulkesnė (taip pat ir didesnio poringumo, tuo ji ir kapiliariškesnė. Didelis kapiliarumas gali būti pastatų drėgnumo priežastis, nes drėgmė gali pasikelti net virš pamatų. Dirvožemio cheminės savybės charakterizuojamos: rūgštingumu ph, organinių medžiagų sudėtimi, azoto, fosforo, kalio, kalcio kiekiu ir kitais parametrais. Dirvožemio rūgštingumas dirvožemio gebėjimas neutralizuoti šarminius ir parūgštinti neutraliosios reakcijos druskų dirvožemyje tirpalus ir vandenį. Kai ph < 7, dirvožemis laikomas rūgštus. Dirvožemio rūgštingumą didina rūgštieji lietūs. Dirvožemyje yra įvairių cheminių elementų, kurių reikia augalams ir gyvūnams augti. Svarbiausi iš šių elementų fosforas, kalis, azotas, kalcis ir kt. Kai kurių elementų augalams reikia labai nedaug, jie vadinami mikroelementais: tai boras, molibdenas, varis, cinkas ir kt. Cheminių elementų (mikroelementų) ir mikroelementų trūkumas kompensuojamas trąšomis. Organinės savybės. Dirvožemio organinė dalis susideda iš organinių liekanų (augalų, gyvūnų, grybų ir kt.) ir humuso. Humuso šaltiniai yra aukštesniųjų augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų liekanos. Rytų Lietuvos velėniniuose jauriniuose dirvožemiuose yra 0,5 1,0 % humuso, o derlinguose Vidurio Lietuvos karbonatiniuose dirvožemiuose jo būna 3 % ir daugiau Dirvožemio tarša, žalojimas, naikinimas ir degradacija Dirvožemio tarša, dar kitaip vadinama dirvožemio teršimu, tai veika, dėl kurios į dirvožemį patenka įvairios kenksmingos žmonių sveikatai ir aplinkai medžiagos bei organizmai tokiais kiekiais, kad mažėja dirvožemio derlingumas ir ekologinė, higieninė ar sanitarinį aplinkos būklė. Dirvožemio tarša gali būti gamtinė (natūralioji) ir antropogeninė. Natūraliąją taršą sąlygoja dirvožemio druskėjimas, vulkanų pelenai, rūgštieji lietūs, smėlio audros, gruntų nuošliaužos, potvyniai, audros ir kiti gamtiniai reiškiniai. Antropogeninės kilmės taršą generuoja pramonė, žemės ūkis, statybos, autotransportas, komunalinis ūkis, žmonių gyvensenos būdas. Dirvožemio tarša pagal savo apimtis (mastus) gali būti skirstoma į lokaliąją ir pasklidusiąją. Lokalioji tarša tai vietinių dirvožemių teršimas, o pasklidusioji tarša tai rajonų, regionų ir didesnių dirvožemio plotų tarša. Vietinę taršą sukelia pramonės, energetikos objektai, transporto srautai automagistralėse, žemės ūkyje gyvulininkystės fermos, 95

97 kompleksai bei paukštynai. Pasklidusiosios taršos pagrindiniai šaltiniai žemės ūkio gamyboje yra tręšiami bei rūgščiųjų lietų drėkinami laukai. Dirvožemio teršalai cheminės medžiagos, biologiniai organizmai ir jų gyvybinės veiklos produktai, esantys nederamoje vietoje, nederamu kiekiu ir laiku. Cheminės medžiagos, kurios tikslingai įterpiamos į dirvožemį, gali tapti teršalais, kai viršija leidžiamus naudojimo kiekius ir koncentracijas: tai mineralinės trąšos, pesticidai, augalų derlių stimuliuojančios medžiagos. Kitai cheminių teršalų grupei priklauso atsitiktinai į dirvožemį patenkančios cheminės medžiagos sunkieji metalai, technologiniai skysčiai, kietosios ir dujinės, nusėdančios ant dirvožemio, atliekos. Pastarosioms medžiagoms priskiriamos buitinės ir pramoninės nuotekos, transporto deginiai ir kitos dujos. Biologiniai teršalai tai įvairios bakterijos, virusai, pirmuonys, helmintai, puvimo produktai, pelėsiai, gyvulių vilna ir kt. Dirvožemio teršalai sukelia dirvožemio užterštumą. Dirvožemio užterštumas gyviesiems organizmams kenksmingų medžiagų dirvožemyje buvimas ir kaupimasis (BALTRĖNAS P., 2008). Dirvožemio užterštumas gali būti stabilusis (pvz., pramonės įmonių sukelta tarša) ir nestabilusis (laikinasis) (pvz., pertręšti laukai). Pagal teršalų pasiskirstymo pobūdį užterštumas gali būti koncentruotas (arti vietinio taršos šaltinio) ir išsklaidytas (dideliame teritorijos plote). Užterštose dirvožemio teritorijose gali būti išskiriamos tokios vietos (BALTRĖNAS P., 2008): įtartinos (vieta, kuri įtariama galinti būti pavojinga aplinkai ir ypač žmogaus sveikatai); pavojingos (vieta, pavojinga aplinkai ir ypač žmogaus sveikatai); tarpais užterštos (vieta, kurioje yra atskiri dirvožemiui kenksmingųjų medžiagų didelių koncentracijų židiniai); teršalų išplitimas yra paprastai nedidelis, o koncentracijos laipsnis didelis; tolygiai užterštos (vieta, kurioje dirvožemiui kenksmingos medžiagos koncentracija yra iš esmės vienoda). Lietuvos dirvožemiai labiausiai užteršti sunkiaisiais metalais, randama pesticidų likučių. Vienas iš svarbiausių dirvožemio teršimo sunkiaisiais metalais šaltinių yra mineralinės trąšos. Trąšų gamintojai nurodo, kad jas naudojant pagal vidutines tręšimo normas, į dirvožemį su jomis nepatenka neleistinas kiekis sunkiųjų metalų. Sunkieji metalai į dirvožemį patenka ne tik su trąšomis, bet ir su krituliais, dulkėmis, iš pramonės objektų. Net ir nedideli sunkiųjų metalų kiekiai turi savybę kauptis, tuo keldami pavojų gyvajai gamtai ir žmogui (pvz., švinas pažeidžia nervų sistemos veiklą). Neigiamą poveikį dirvožemiui turi augalų apsaugos priemonės pesticidai. Perdozuotas pesticidų naudojimas toksiškai veikia visus gyvuosius dirvožemio organizmus, slopina biologinį ir biocheminį dirvožemio aktyvumą, patenka į augalus, gyvulius, o per juos į žmogaus organizmą. Pesticidai pasižymi 96

98 mutageniškumu, pakeisdami daugelio dirvožemio gyvųjų organizmo rūšių paveldimąsias savybes ir sukeldami genetines mutacijas (pasikeitimus). Pesticidai iš pradžių kaupiasi viršutiniame dirvožemio sluoksnyje, vėliau migruoja gilyn į dirvožemį, ištirpę paviršiniame vandenyje į vandens telkinius. Dirvožemio taršą pavojingomis cheminėmis medžiagomis reglamentuoja HN 60:2004. Joje yra pateikiamos kai kurių sunkiųjų metalų ir pesticidų didžiausios leidžiamos koncentracijos bei foniniai teršiančių medžiagų kiekiai (4.2 lentelė). 4.2 lentelė. Kai kurių pavojingų cheminių medžiagų didžiausios leidžiamos koncentracijos ir jų foniniai kiekiai dirvožemyje (pagal HN 60:2004) Medžiagos Didžiausia leidžiama Foninis cheminės medžiagos kiekis mg/kg pavadinimas koncentracija (DLK) mg/kg smėlio ir priesmėlio dirvožemyje priemolio ir molio dirvožemyje Chromas (Cr) Cinkas (Zn) Kadmis (Cd) 3 0,15 0,2 Manganas (Mn) Nikelis (Ni) Švinas (Pb) Varis (Cu) 100 8,1 11 Pesticidai (bendras) 0,1 - - Transporto priemonės teršia dirvožemį labiausiai sunkiaisiais metalais, naftos produktais. Siekiant užtikrinti eismo saugumą žiemą keliai barstomi druskomis. Plečiant transporto infrastruktūrą, tiesiant kelius reikia šalinti augalijos sluoksnį, o tai spartina dirvožemio eroziją. Eismo įvykių metu išsilieję naftos produktai nuplaunami nuo kelio paviršiaus ant pakelių dirvožemio. Transporto srautai padidina chromo, nikelio, o seniau ir švino kiekį pakelių dirvožemyje. Vienas iš dirvožemio teršėjų sunkiaisiais metalais yra ir geležinkeliai. Pagal geležinkelio transporto taršos sunkiaisiais metalais dirvožemyje tyrimų duomenis (BALTRĖNAS P., VAITIEKŪNAS P., BAČIULYTĖ Ž., 2009), ryškiausios migracinės savybės būdingos švinui ir cinkui, nes jų didžiausios koncentracijos rastos iki 50 m nuo bėgių. Radviliškio geležinkelio stoties teritorijoje švino Pb junginių koncentracija DLK viršija 1,8 karto, Pavilnių Ni DLK viršija 1,9 karto, Cu 1,85 karto, Zn 1,1 karto. Šių geležinkelio stočių teritorijos priskiriamos užterštų teritorijų kategorijai, o geležinkelio atkarpa Ignalina Švenčionėliai mažai užteršto dirvožemio kategorijai (čia Cu DLK viršija 1,17 karto, Pb 1,16, foninę koncentraciją viršija beveik visi metalai, išskyrus Cr ir Mn). Globalinės taršos atveju su krituliais, dulkėmis į dirvožemį gali patekti radionuklidai. Atominių elektrinių avarijų, atominių bombų sprogdinimų atvejais pavojingiausi yra stroncio 90 Sr ir cezio 137 Cs radionuklidai. Radionuklidai daugiausia būna viršutiniuose dirvožemio sluoksniuose. Po Černobylio AE avarijos minėtų radionuklidų daugiausia randama pietiniuose ir pietvakariniuose Lietuvos rajonuose. 97

99 Dirvožemio žalojimas apibrėžiamas kaip mechaninių dirvožemio savybių pakeitimas, nesusijęs su žemės ūkyje naudojamų dirvožemių įdirbimu, neigiamai veikiantis vieną arba kelias dirvožemio savybes (DAĮ PROJEKTAS, 1998). Pavyzdžiui, sutrikus sausinamajam žemių drenažui, dirvožemis gali užpelkėti, o nekalkinamų dirvų padidėti dirvožemio rūgštingumas. Dirvožemio naikinimas suprantamas kaip jo dangos sunaikinimas dėl pramonės ir urbanistinės žmogaus veiklos (BALTRĖNAS P. ir kt., 2008). Labiausiai dirvožemis naikinamas kasant naudingąsias iškasenas (žvyrą, smėlį, molį) atviruoju būdu. Daug žemės naudmenų prarandama tiesiant kelius, statant naujas įmones, plečiant miestus. Lietuvoje yra per 22 tūkst. ha pažeistų žemių (LIETUVOS RESPUBLIKOS ŽEMĖS FONDAS, 2011), kasmet užstatoma daugiau kaip 20 tūkst. ha teritorijos. Daug naudmenų prarandama tiesiant kelius, geležinkelius, elektros ir ryšių linijas, vamzdynus, įrengiant tvenkinius, kai užliejami dideli plotai, patvenkiant upes. Kauno HE marios užima 6250 ha plotą, Antalieptės tvenkinys 1911 ha, Elektrėnų 1080 ha. Lietuvos visų kelių ilgis siekia per 82 tūkst. km, geležinkelių beveik 1800 km. Dirvožemio degradacija dirvožemio derlingumo sumažėjimas arba sunykimas, pakitus dirvožemio fizikinėms, cheminėms ar biologinėms savybėms dėl gamtinių ir technologinių veiksnių įtakos arba tiesiog dirvožemio kokybės praradimas. Dirvožemio degradaciją sukelia ir paspartina antropogeninė veikla netinkamas ūkininkavimas ir miškininkystė, pramonės veikla, turizmas, miestų ir pramonės plėtra, statybos darbai. Dirvožemį veikia įvairūs degradacijos procesai, iš jų žalingiausi yra erozija, organinių medžiagų mažėjimas, vietinė ir išsklaidytoji tarša, tankinimas, įdruskėjimas, potvyniai, nuošliaužos, sandarinimas, biologinės įvairovės nykimas. Europos aplinkos agentūros duomenimis (EAA), vandens erozijos yra paveikta ha, arba 12 % Europos ploto, o vėjo erozijos ha, iš jų 2 % labai stipriai. Dirvožemio organinės medžiagos labai svarbios dirvožemio anglies ciklui. Dirvožemis yra šiltnamio efektą sukeliančių dujų emitentas ir kartu anglies saugykla jame yra 1500 Gt organinės ir neorganinės anglies. Apie 45 % Europos dirvožemių yra mažai arba labai mažai organinės anglies (t. y. 0 2 % organinės anglies), o 45 % yra vidutinis jų kiekis (t. y. 2 6 % organinės anglies). Nemažą pavojų dirvožemiui kelia dirvų tankinimas (volavimas, technikos važinėjimas ir kt.). Apie 18 % dirvožemių yra patyrę podirvio tankinimą, iki 36 % Europos podirvių gresia didelis arba labai didelis tankinimo pavojus (COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT, 2006). Įdruskėjimas tai tirpių druskų susikaupimas dirvožemyje. Europoje yra įdruskėję apie 3,8 mln. ha, o pasaulyje mln. ha dirvožemių. Daugiausia jų Italijoje (Kampanijos regionas), Ispanijoje (Ebro slėnis), Vengrijoje (Pagonijos lyguma), taip pat kai kuriose Graikijos, Portugalijos, Prancūzijos, Slovakijos, Austrijos vietovėse. Įdruskėję dirvožemiai 98

100 paviršiniame sluoksnyje turi 1 % ir daugiau lengvai tirpstančių druskų (ypač natrio, magnio, kalcio, chloridų, sulfatų). Labiausiai įdruskėja užliejami, lietinami dirvožemiai. Potvynius lygumų upėse sukelia pavasarį tirpstantis sniegas, kalnų upėse vasarą tirpstant sniegui ir ledynams, musoninio klimato šalyse upės patvinsta lietinguoju metų laiku. Vandenynų ir jūrų potvynius sukelia Mėnulio ir Žemės bei Saulės ir Žemės traukos jėgos. Nemuno deltoje potvynio vandenimis užliejama zona apima teritoriją nuo Rambyno kalno iki Kuršių marių. Bendras užliejamos teritorijos plotas siekia apie 600 km 2 (60000 ha). Didelę žalą ūkiui daro ir nuošliaužos uolienų masės nuslinkimas šlaitu žemyn dėl sunkio jėgos arba slenkančių uolienų masė. Nuošliaužos dažniausiai įvyksta vietovėse, kuriose dirvožemis yra neatsparus erozijai, molingas podirvis, statūs šlaitai, dažnai iškrenta gausūs krituliai. Nuošliaužų iš Europos valstybių dažniausiai susidaro Alpių ir Viduržemio jūros regionuose. Šiuo metu nėra duomenų, koks bendras ES plotas yra paveiktas šio proceso. Sandarinimas dirvožemio paviršinio sluoksnio padengimas sandaria medžiaga. Vis daugiau dirvožemio paviršinio sluoksnio užsandarinama, plėtojant kelių tinklus, tvarkant teritorijas metais Europos Sąjungos 15-oje narių užsandarintas plotas padidėjo 6 % (COMMISSION STAFF WORKING DOCUMENT, 2006). Dirvožemio degradacijos žalą įvertinti sunku. Dirvožemio erozija kainuoja kasmet nuo 0,7 iki 14 mlrd. eurų, įdruskėjimas mln. EUR, nuošliaužos kiekvienam įvykiui iki 1,2 mlrd. EUR, tarša 2,4 17,3 mlrd. EUR. Bendra išlaidų, kurias įmanoma apskaičiuoti, suma, remiantis turimais duomenimis apie erozijos, organinių medžiagų mažėjimo, įdruskėjimo, nuošliaužų ir taršos ekonomines pasekmes, ES šalyse sudaro kasmet iki 38 mlrd. EUR Dirvožemio erozija Dirvožemio erozija tai dirvožemio viršutinių sluoksnių irimas, sukeliamas judančio vandens, vėjo, mechanizmų ar gyvūnų, pernešančių dirvožemio daleles į kitą vietą. Lietuvoje 15 % žemės naudmenų yra nuolat veikiami erozijos, o 38 % yra potencialios sąlygos erozijai pasireikšti. Nedidelio ir vidutinio kalvotumo rajonuose kasmet nuplaunama t/ha dirvožemio, o labai kalvotuose plotuose net 120 t/ha. Vėjo erozija nėra tokia žalinga kaip vandens, ji pasireiškia maždaug 160 tūkst. ha plote suartose dirvose. Iš viso šalyje yra apie 360 tūkst. ha eroduojančių žemės ūkio naudmenų. Dirvožemio erozija klasifikuojama įvairiai. Gamtoje nuolat vyksta natūralioji dirvožemio erozija. Dirbamose žemėse vyrauja antropogeninė dirvožemio erozija, dažnai vadinama skatinamąja erozija, kurią sukelia žmogaus ūkinė veikla. Pagal sukeliančius veiksnius dirvožemio erozija skirstoma į mechaninę, vėjo, vandens, cheminę, mišriąją. 99

101 Mechaninę eroziją galima skirstyti į agrotechninę, melioracinę, statybinę, energetinę, komunalinę-buitinę ir pramoninę (4.2 pav.). Žemės ūkio gamyboje ženklų poveikį dirvožemio erozijai turi mechaniniai veiksniai, kuriuos sukelia žemės ūkio technika ardama, kultivuodama, akėdama ir kitaip purendama bei suslėgdama dirvas. Dirbant kalvotuose laukuose žemės sluoksniai nustumiami šlaitu žemyn, o viršuje atidengiamas nederlingas podirvis. Nemažai žalos dirvožemiui daro žemės ūkio, miškų, melioracijos ir statybos technika, kuri kasa, perstumia, sumaišo humusą su nederlingu podirvio gruntu. Neigiamą poveikį daro gyventojai, turistai, kurie mindo, sutrypia dirvožemį, taip pat gyvuliai. Mechaninė erozija Agrotechninė Melioracinė Statybinė Energetinė Komunalinė -buitinė Pramoninė Dirvos dirbimas, miško darbai Žemių sausinimas, drėkinimas, kasimas Grunto kasimas, sumaišymas, kelių statyba Energijos perdavimo tinklų, vamzdynų įrengimas Sąvartynų, vandentiekiokanalizacijos įrengimas Naudingųjų iškasenų ir durpių gavyba Paviršinio grunto ardymas, suslėgimas Nederlingo grunto sumaišymas su humusu, derlingumo sumažėjimas, terikonų įrengimas Karjerų ir šlaitų susidarymas, nuošliaužos Eroziją sukeliantys šaltiniai: žemės ūkio, miškų, melioracijos ir statybos technika, transporto priemonės, gyventojai, turistai, gyvuliai 4.2 pav. Mechaninės erozijos rūšys ir poveikis dirvožemiui Lietuvoje intensyviausiai dirvožemius veikia vandens erozija. Vandens erozija tekančio vandens sukeliamas dirvožemio ardymas ir jo dalelių pernešimas iš vienos vietos į kitą. Vandens erozija skirstoma į antžeminę ir požeminę (JANKAUSKAS B.,1996). Antžeminę eroziją sukelia lietaus lašai ir tekantis vanduo, o požeminę pro dirvožemį ir dirvodarinės uolienos sluoksnius prasisunkęs vanduo. Vandens erozija būna lašelinė (taškančioji), paviršinė (plokštuminė), srovelinė, griovelinė, raguvinė, upinė. Lašelinę dirvožemio eroziją sukelia krintantys lietaus lašai, ištaškantys grunto daleles visomis kryptimis, suardydami dirvožemio trupininę struktūrą. Paviršinę (plokštuminę) eroziją sukelia dirvos paviršiumi tekantis vanduo. Vanduo teka dirvos paviršiumi, esant bent 1 o nuolydžiui, o esant 3 o nuolydžiui tekantis vanduo jau išgraužia griovelius, gali susidaryti griovos, raguvos. Vanduo nuneša dirvos humusingą dirvožemį, išplauna augalams būtinas chemines medžiagas, sumažėja organinių medžiagų. Nemunas kasmet į Kuršių marias nuplukdo apie t smulkžemio (ŠEŠELGIS K., 1991). Antžeminės erozijos intensyvumas pirmiausia priklauso nuo šlaito statumo. Kuo šlaitas statesnis, tuo erozija intensyvesnė. Nuplaunamo dirvožemio 100

102 kiekį y nuolydžio šlaituose 2 5 o (A), 5 10 o (B) ir o (C) galima apskaičiuoti pagal B. Jankausko metodo empirines formules (REKOMENDACIJOS ŽEMĖS ŪKIO TERITORIJŲ EROZIJOS MAŽINIMUI, 2009): y(a) = 0,3101 x 2 1,3242 x + 3,5205, t/ha, R 2 = 0,9416, (4.3) y(b) = 0,8262 x 2 4,3563 x + 9,9886, t/ha, R 2 = 0,9703, (4.4) y(c) = 1,237 x 2 7,0364 x + 16,775, t/ha, R 2 = 0,9678, (4.5) čia y dirvožemio nuoplova t/ha; x šlaito statumas laipsniais. Upių, ežerų, Kauno marių krantus ardo šoninė ir vandens telkinių mūšos erozija (4.3 pav.). Baltijos mūša intensyviai ardo pajūrio kopas. Išskiriami du požeminės vandeninės erozijos porūšiai: tirpdančioji ir ardančioji erozija. Tirpdančioji vandeninė erozija tirpdo ir išplauna tirpiuosius mineralus, gipsą, kalcitą ir kt. Ištirpintų ir išplautų uolienų vietoje formuojasi karstinės tuštumos. 4.3 pav. Avižlio ir Ventos upių santakos erozijos atragis (AVIŽLIO ATRAGIS, 2011) Vėjo erozija (defliacija) fizinis reiškinys, kai puriosios (biriosios) dirvožemio viršutinio sluoksnio dalelės vėjo yra pernešamos iš vienos vietos į kitą. Vėjinė erozija vyksta tada, kai yra sausas dirvožemis, pakankamas vėjo greitis ir nėra augalinės dangos. Vėjinei erozijai kilti lengvose dirvose pakanka 6 m/s, o sunkiose 10 m/s vėjo greičio. Ši erozija nupusto purius viršutinius dirvožemio sluoksnius. Lietuvoje vėjinė erozija daugiausiai vyksta Kuršių nerijoje, Baltijos pajūryje, smėlėtoje Pietryčių lygumoje metais Kaltinėnų bandymų stoties smėlingo dirvožemio lauke vėjas nupustė 23 cm viršutinį sluoksnį (REKOMENDACIJOS ŽEMĖS ŪKIO TERITORIJŲ EROZIJOS MAŽINIMUI, 2009). Tipingoms vietoms vėjinės erozijos nunešamo dirvožemio kiekį galima apskaičiuoti pagal formulę (REKOMENDACIJOS ŽEMĖS ŪKIO TERITORIJŲ EROZIJOS MAŽINIMUI, 2009): d = f (v 3 ) g/(m 2 s), (4.6) čia d nuplauto dirvožemio kiekis g/(m 2 s); v 2 vėjo greitis m/s. 101

103 Nupustomo dirvožemio kiekį per mėnesį ar kitą laikotarpį (metus, savaitę) galima apskaičiuoti pagal formulę (REKOMENDACIJOS ŽEMĖS ŪKIO TERITORIJŲ EROZIJOS MAŽINIMUI, 2009): v T v T.. v T 10 V kg/h, (4.7) dmėm n n čia V dmėn nupustyto dirvožemio kiekis kg/ha; v 1, v 2, v n vidutinis atskiro vėjo greičio diapazono (laikotarpio dalies, kai vėjo greitis viršija kritinį 5 7 m/s greitį) rodiklis m/s; T 1, T 2, T n skaičiuojamo diapazono trukmė % nuo analizuojamo laikotarpio (mėnesio, metų ar kt. laikotarpio) trukmės. Cheminė erozija reiškinys, kai vanduo išplauna iš dirvos dalį cheminių medžiagų ir nuneša į vandens telkinius (upes, ežerus, tvenkinius) ir požeminius vandenis. Mišriąją eroziją generuoja du ar keli skirtingos erozijos veiksniai, kurie yra potencijuojančio, suminio ar nepilno suminio poveikio. Dirvožemį dažniausiai veikia mechaninė ir vėjo, vandens ir vėjo, vandens ir mechaninė erozijos. Dirvožemio mechaninis įdirbimas (arimas, kultivavimas, sėja) kartu su vėju sukelia dirvožemio derlingojo sluoksnio išpustymą, didelį dulkėtumą. Lašelinė vandens erozija yra tuo intensyvesnė, kuo smarkiau pučia vėjas, tuo lietaus lašai greičiau krinta į dirvožemį (ypač kalvotose dirvose). Vanduo tekėdamas mobilios technikos vėžėmis, atsiradusiomis dėl mechaninės erozijos, labiau ardo derlingąjį sluoksnį. Metinis dirvožemio nuostolis (erozijos rizika) gali būti apskaičiuojamas pagal JAV naudojamą patobulintą universaliąją dirvožemio praradimo įvertinimo lygtį USLE (SOIL EROSION AND CONSERVATION PART 3, 2000): A = R K L S C P t/ha, (4.8) čia A vidutinis metinis dirvožemio praradimas, išreiškiantis erozijos tolerancijos faktorių, išskaičiuotą iš kitų veiksnių t/ha; R kritulių eroziškumo veiksnys, priklausantis nuo klimato ir ekstremalių įvykių galimybės ateityje; K dirvožemio eroziškumo veiksnys, įvertinamas iš dirvožemio savybių katalogo (Nacional Resoures Inventory). Jis priklauso nuo dirvožemio dalelių dydžio ir santykio smėlio, dulkių ir molio, organinės medžiagos, dirvožemio dispersiškumo ir pralaidumo vandeniui; L šlaito veiksnys (šlaito statumas %); C ūkininkavimo veiksnys, priklausantis nuo pasėlių augimo tempo santykio su erozijos vyksmu dėl klimato sąlygų; P pagalbinių priemonių veiksnys, atspindintis kontūro naudojimą, augalų juostas, terasas. 102

104 Erozijos tolerancijos faktorius dažniausiai siekia 4 11 t/ha. Pagal ekspertų duomenis (BOARDAMAN J., POESEN J. (EDS), 2006), ES šalyse 26 mln. ha kenčia nuo vandens ir 1 mln. ha nuo vėjo erozijos. Prognozuojama, kad dėl 18 t/ha erozijos 10 % nuokalnėse derlingumas gali sumažėti daugiau kaip 100 %, kai lygiose vietose erozija, siekianti 4 t/ha, gali sukelti derlingumo sumažėjimą iki 18 % (4.4 pav.). 4.4 pav. Erozijos ir priklausomybė nuo šlaito nuolydžio (pagal SOIL EROSION AND CONSERVATION PART 1, 2000) 4.5. Dirvožemio apsaugos nuo erozijos priemonės Priešerozinių dirvožemio apsaugos priemonių tikslas sumažinti arba visiškai sustabdyti vykstančią eroziją ir atkurti eroduojamų dirvų derlingumą. Priešerozines priemones galima suskirstyti į tokias grupes: teisines, ūkines-organizacines, agronomines, žemės dirbimo, hidrotechnines (4.5 pav.). Dirbamosios žemės priešerozinės priemonės Teisinės-norminės Ūkinės-organizacinės Agroniminės Žemės dirbimo Hidrotechninės Lietuvos teisiniai aktai ES šalių teisiniai aktai Ūkio žemių plano paruošimas Ūkininkavimo tvarkos nustatymas Ūkininkavimo žalos gamtai prognozavimas Priešerozinių priemonių planavimas Priešeroziniai augalai Ilgaamžės žalienos Priešerozinė sėjomaina Mulčiavimas Kontūrinis žemės dirbimas Dirvų gilusis arimas Žemės dirbimo mažinimas Optimalus žemės dirbimo laikas Griovių šlaitų statiniai Griovių viršūnės statiniai Įrenginiai griovos dugne Priešerozinės priemonės melioruotų plotų įslėniuose 4.5 pav. Dirbamos žemės priešerozinės priemonės 103