Без обработки отходов нынешняя концентрация людей и промышленности во многих частях мира очень быстро сделала бы части окружающей среды несовместимыми с жизнью. Хотя сокращение количества отходов имеет важное значение, необходима правильная обработка отходов. На очистные сооружения поступают два основных типа отходов: человеческие/животные отходы и промышленные отходы. Люди выделяют около 250 граммов твердых отходов на душу населения в день, в том числе 2000 миллионов кишечных палочек и 450 миллионов стрептококковых бактерий на человека в день (Mara 1974). Объем производства твердых промышленных отходов колеблется от 0.12 тонны на одного работника в год в профессиональных и научных учреждениях до 162.0 тонны на одного работника в год на лесопильных и строгальных предприятиях (Salvato 1992). Хотя некоторые заводы по переработке отходов предназначены исключительно для обработки того или иного типа материалов, большинство заводов перерабатывают как животные, так и промышленные отходы.
Опасности и их предотвращение
Целью очистных сооружений сточных вод является удаление как можно большего количества твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ в рамках технически осуществимых и финансово достижимых ограничений. Существует множество различных процессов, которые используются для удаления загрязняющих веществ из сточных вод, включая осаждение, коагуляцию, флокуляцию, аэрацию, дезинфекцию, фильтрацию и обработку осадка. (См. также статью «Очистка сточных вод» в этой главе.) Конкретная опасность, связанная с каждым процессом, варьируется в зависимости от конструкции очистных сооружений и химических веществ, используемых в различных процессах, но типы опасности могут быть классифицированы как физические, микробные и химические. Ключом к предотвращению и/или минимизации неблагоприятных последствий, связанных с работой на очистных сооружениях, является предвидение, распознавание, оценка и контроль опасностей.
Рис. 1. Люк со снятой крышкой.
Мэри О. Брофи
Физические опасности
К физическим опасностям относятся замкнутые пространства, непреднамеренное включение питания машин или их частей, а также спотыкания и падения. Результат столкновения с физической опасностью часто может быть немедленным, необратимым и серьезным, даже смертельным. Физические опасности зависят от конструкции установки. Однако большинство очистных сооружений имеют замкнутые пространства, включающие подземные или нижележащие хранилища с ограниченным доступом, люки (рис. 1) и отстойники, когда они опорожняются от жидкого содержимого, например, во время ремонта (рис. 2). Смесительное оборудование, граблины для осадка, насосы и механические устройства, используемые для различных операций на очистных сооружениях, могут причинить увечья и даже убить, если они непреднамеренно активируются, когда рабочий их обслуживает. Влажные поверхности, часто встречающиеся на очистных сооружениях, создают опасность поскользнуться и упасть.
Рис. 2. Пустой резервуар на очистных сооружениях.
Мэри О. Брофи
Вход в замкнутое пространство является одной из наиболее распространенных и наиболее серьезных опасностей, с которыми сталкиваются работники, занимающиеся очисткой сточных вод. Универсальное определение замкнутого пространства труднодостижимо. Однако в целом замкнутое пространство представляет собой зону с ограниченными средствами входа и выхода, не предназначенную для постоянного проживания людей и не имеющую надлежащей вентиляции. Опасности возникают, когда замкнутое пространство связано с дефицитом кислорода, наличием токсичного химического вещества или поглощающего материала, такого как вода. Снижение уровня кислорода может быть результатом различных условий, включая замену кислорода другим газом, таким как метан или сероводород, потребление кислорода при разложении органических материалов, содержащихся в сточных водах, или поглощение молекул кислорода в сточных водах. процесс ржавчины какой-либо конструкции в ограниченном пространстве. Поскольку низкие уровни кислорода в замкнутых пространствах не могут быть обнаружены невооруженным человеческим наблюдением, чрезвычайно важно использовать прибор, который может определить уровень кислорода перед входом в любое замкнутое пространство.
Атмосфера Земли состоит из 21% кислорода на уровне моря. Когда процентное содержание кислорода в воздухе для дыхания падает ниже примерно 16.5%, дыхание человека становится более быстрым и поверхностным, увеличивается частота сердечных сокращений и человек начинает терять координацию. Ниже примерно 11% человек испытывает тошноту, рвоту, неспособность двигаться и потерю сознания. Эмоциональная нестабильность и нарушение суждений могут возникнуть при уровне кислорода где-то между этими двумя точками. Когда люди попадают в атмосферу с уровнем кислорода ниже 16.5%, они могут немедленно потерять ориентацию, чтобы выбраться наружу, и в конечном итоге потерять сознание. Если истощение кислорода достаточно велико, люди могут потерять сознание после одного вдоха. Без помощи они могут умереть в течение нескольких минут. Даже в случае спасения и реанимации могут возникнуть необратимые повреждения (Wilkenfeld et al., 1992).
Недостаток кислорода — не единственная опасность в замкнутом пространстве. Токсичные газы могут присутствовать в замкнутом пространстве в достаточно высокой концентрации, чтобы причинить серьезный вред и даже убить, несмотря на достаточный уровень кислорода. Воздействие токсичных химических веществ, встречающихся в замкнутых пространствах, обсуждается ниже. Одним из наиболее эффективных способов контроля опасностей, связанных с низким уровнем кислорода (ниже 19.5%) и атмосферой, загрязненной токсичными химическими веществами, является тщательная и адекватная вентиляция замкнутого пространства с помощью механической вентиляции, прежде чем позволить кому-либо войти в него. Обычно это делается с помощью гибкого воздуховода, по которому наружный воздух вдувается в замкнутое пространство (см. рис. 3). Необходимо следить за тем, чтобы пары генератора или двигателя вентилятора не попадали в замкнутое пространство (Brophy 1991).
Рис. 3. Пневматическая установка для входа в замкнутое пространство.
Мэри О. Брофи
На очистных сооружениях часто имеется крупногабаритное оборудование для перемещения шлама или неочищенных сточных вод из одного места установки в другое. При ремонте данного типа оборудования вся машина должна быть обесточена. Кроме того, выключатель для повторного включения оборудования должен находиться под контролем лица, выполняющего ремонт. Это предотвращает непреднамеренное включение оборудования другим рабочим на предприятии. Разработка и внедрение процедур для достижения этих целей называется программой блокировки/маркировки. Увечья частей тела, таких как пальцы, руки и ноги, расчленение и даже смерть могут быть результатом неэффективных или неадекватных программ блокировки/маркировки.
Очистные сооружения часто содержат большие резервуары и контейнеры для хранения. Людям иногда приходится работать на контейнерах или проходить мимо ям, которые были опорожнены от воды и могут содержать провал высотой от 8 до 10 футов (от 2.5 до 3 м) (см. рис. 4). Должна быть обеспечена достаточная защита рабочих от падений, а также соответствующая подготовка по технике безопасности.
Микробные опасности
Микробная опасность в первую очередь связана с обработкой отходов жизнедеятельности человека и животных. Хотя бактерии часто добавляют для изменения состава твердых веществ, содержащихся в сточных водах, опасность для рабочих, занимающихся очисткой сточных вод, исходит прежде всего от воздействия микроорганизмов, содержащихся в человеческих и других животных отходах. При использовании аэрации в процессе очистки сточных вод эти микроорганизмы могут попасть в воздух. Долговременное воздействие на иммунную систему людей, подвергшихся воздействию этих микроорганизмов в течение длительного периода времени, окончательно не оценено. Кроме того, рабочие, которые удаляют твердые отходы из входящего потока перед началом какой-либо обработки, часто подвергаются воздействию микроорганизмов, содержащихся в материале, попадающем на их кожу и вступающем в контакт со слизистыми оболочками. Последствия контакта с микроорганизмами, обнаруженными на станциях очистки сточных вод в течение длительного периода времени, часто более незаметны, чем последствия острого интенсивного воздействия. Тем не менее, эти эффекты также могут быть необратимыми и серьезными.
Три основные категории микробов, имеющие отношение к этому обсуждению, — это грибы, бактерии и вирусы. Все три из них могут вызывать острые заболевания, а также хронические заболевания. Острые симптомы, включая респираторный дистресс, боли в животе и диарею, были зарегистрированы у рабочих, занимающихся переработкой отходов (Crook, Bardos and Lacey 1988; Lundholm and Rylander 1980). Хронические заболевания, такие как астма и аллергический альвеолит, традиционно ассоциировались с воздействием высоких концентраций микробов, переносимых по воздуху, а в последнее время — с воздействием микробов при обработке бытовых отходов (Rosas et al., 1996; Johanning, Olmstead and Yang, 1995). Начинают публиковаться отчеты о значительно повышенных концентрациях грибков и бактерий в установках для обработки отходов, обезвоживания осадка и компостирования (Rosas et al. 1996; Bisesi and Kudlinski 1996; Johanning Olmstead and Yang 1995). Еще одним источником переносимых по воздуху микробов являются аэротенки, которые используются на многих очистных сооружениях.
Помимо вдыхания, микробы могут передаваться при приеме внутрь и при контакте с неповрежденной кожей. Важна личная гигиена, включая мытье рук перед едой, курение и посещение туалета. Еда, напитки, столовые приборы, сигареты и все, что может попасть в рот, следует хранить вдали от зон возможного микробного загрязнения.
Химическая опасность
Столкновения с химическими веществами на очистных сооружениях могут быть как немедленными и смертельными, так и длительными. В процессе коагуляции, флокуляции, дезинфекции и обработки осадка используются различные химические вещества. Выбор химического вещества определяется загрязняющим веществом или загрязняющими веществами в неочищенных сточных водах; некоторые промышленные отходы требуют несколько экзотической химической обработки. Однако в целом основными опасностями химических веществ, используемых в процессах коагуляции и флокуляции, являются раздражение кожи и повреждение глаз из-за прямого контакта. Это особенно верно для растворов с рН (кислотностью) меньше 3 или больше 9. Дезинфекция сточных вод часто достигается с помощью жидкого или газообразного хлора. Использование жидкого хлора может привести к травме глаз при попадании брызг в глаза. Озон и ультрафиолетовое излучение также используются для обеззараживания сточных вод.
Одним из способов контроля эффективности очистки сточных вод является измерение количества органического материала, остающегося в сточных водах после завершения очистки. Это можно сделать, определив количество кислорода, которое потребуется для биоразложения органического материала, содержащегося в 1 литре жидкости, в течение 5 дней. Это называется 5-дневной биологической потребностью в кислороде (БПК).5).
Химическая опасность на очистных сооружениях возникает из-за разложения органических материалов, что приводит к образованию сероводорода и метана, из-за токсичных отходов, сбрасываемых в канализационные линии, и из-за загрязняющих веществ, образующихся в результате операций, выполняемых самими рабочими.
Сероводород практически всегда присутствует на очистных сооружениях. Сероводород, также известный как канализационный газ, имеет характерный неприятный запах, часто идентифицируемый как запах тухлых яиц. Однако человеческий нос быстро привыкает к запаху. Люди, подвергшиеся воздействию сероводорода, часто теряют способность ощущать его запах (т. е. обонятельная усталость). Кроме того, даже если обонятельная система способна обнаруживать сероводород, она не в состоянии точно судить о его концентрации в атмосфере. Сероводород биохимически препятствует механизму переноса электронов и блокирует утилизацию кислорода на молекулярном уровне. Результатом является удушье и, в конечном итоге, смерть из-за недостатка кислорода в клетках ствола мозга, которые контролируют частоту дыхания. Высокие уровни сероводорода (более 100 частей на миллион) могут и часто возникают в замкнутых пространствах на очистных сооружениях. Воздействие очень высоких уровней сероводорода может привести к почти мгновенному подавлению дыхательного центра в стволе мозга. Национальный институт безопасности и гигиены труда США (NIOSH) определил 100 частей на миллион сероводорода как непосредственную опасность для жизни и здоровья (IDLH). Более низкие уровни сероводорода (менее 10 частей на миллион) почти всегда присутствуют на некоторых участках очистных сооружений. При таких низких уровнях сероводород может раздражать дыхательную систему, вызывать головные боли и вызывать конъюнктивит (Smith, 1986). Сероводород образуется при разложении органических веществ, а также в промышленности при производстве бумаги (крафт-процесс), дублении кожи (удаление волос сернистым натрием) и производстве тяжелой воды для ядерных реакторов.
Метан — еще один газ, образующийся при разложении органических веществ. Помимо вытеснения кислорода, метан взрывоопасен. Могут быть достигнуты уровни, которые приводят к взрыву при попадании искры или источника воспламенения.
Заводы, перерабатывающие промышленные отходы, должны хорошо знать химические вещества, используемые на каждом из промышленных предприятий, пользующихся их услугами, и иметь рабочие отношения с руководством этих предприятий, чтобы они своевременно информировались о любых изменениях в процессах и содержании отходов. Сброс растворителей, топлива и любых других веществ в канализационные системы представляет опасность для работников, занимающихся очисткой, не только из-за токсичности сбрасываемого материала, но и потому, что сброс является непредвиденным.
Всякий раз, когда какие-либо промышленные операции, такие как сварка или окраска распылением, выполняются в замкнутом пространстве, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы обеспечить достаточную вентиляцию для предотвращения опасности взрыва, а также для удаления токсичных материалов, образующихся в ходе операции. Когда операция, выполняемая в замкнутом пространстве, создает токсичную атмосферу, часто необходимо снабдить рабочего респиратором, потому что вентиляция замкнутого пространства может не обеспечить поддержание концентрации ядовитого химического вещества ниже допустимого предела воздействия. Выбор и установка подходящего респиратора относится к сфере производственной гигиены.
Другой серьезной химической опасностью на очистных сооружениях является использование газообразного хлора для обеззараживания сточных вод предприятия. Газообразный хлор поставляется в различных контейнерах весом от 70 кг до примерно 1 тонны. Некоторые очень крупные очистные сооружения используют хлор, доставляемый в железнодорожных вагонах. Газообразный хлор чрезвычайно раздражает альвеолярную часть легких даже при таких низких уровнях, как несколько частей на миллион. Вдыхание более высоких концентраций хлора может вызвать воспаление альвеол легких и вызвать респираторный дистресс-синдром у взрослых, смертность от которого составляет 50%. Когда на очистных сооружениях используется большое количество хлора (1 тонна и более), существует опасность не только для рабочих станции, но и для окружающих. К сожалению, заводы, потребляющие наибольшее количество хлора, часто располагаются в крупных мегаполисах с высокой плотностью населения. Доступны и другие методы обеззараживания стоков очистных сооружений, включая обработку озоном, использование жидкого раствора гипохлорита и ультрафиолетовое облучение.