Мусор преграждает путь в космос - [4]

При нормальных условиях примерами твёрдых тел могут быть металлы, соединения металлов с неметаллами (металлиды), некоторые минералы. Примерами твёрдых аморфных тел служат стекло и изделия из него, янтарь, смолы, битумы и полимеры [7]. При экскретологических исследованиях наряду с понятием твёрдого тела целесообразно использовать понятие условнотвёрдого тела как мерило содержания в нём влаги (в основном воды). На практике именно водность (влажность) выбросов является определяющей характеристикой при рассмотрении их классификации и динамики в природных средах.

Влажность определяется как отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объёму) материала в сухом состоянии и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественном влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

Вычисляют массовую влажность W_m и объёмную W₀ по формулам (%):

W_m=((m₂-m₁)/m₁) × 100;

W₀=((m₂-m₁)/V) × 100,

где

m₁ и m₂ — масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, [г];

V— объём материала в сухом состоянии, [см³].

Понятие условнотвёрдого тела можно конкретизировать применительно к мусору, произведённому человеком — антропогенному мусору, и возникающему в природе — естественно-природному мусору или сокращённо природному мусору. Подробно эти вопросы рассмотрены в разделах 2.1.3. и 2.2.2. нашей книги [1].

Антропогенный мусор, как правило, имеет сложный состав, то есть является гетерогенной смесью. Он состоит в основном из твёрдых веществ с некоторыми количествами жидкостей и газов. Они представлены в объёме выброса в разных долях и комбинациях. Природный мусор часто однороден и может моделироваться гомогенным выбросом.

В природные среды отходы, отбросы и мусор попадают, как правило, в виде выбросов, в которых загрязняющие вещества представляют собой смесь твёрдых тел, жидкостей и газов. Характеристикой, определяющей принадлежность выброса к объектам мусора, является, очевидно, степень его «твёрдости», то есть доля твёрдого вещества в нём. Опишем эту характеристику математически [1].

В общем случае масса М компактного объёма разнофазной смеси загрязняющих веществ выброса может быть записана в следующем виде:

М = Мт + Мж + Мг, (1)

где

Мт, Мж, Мг — соответственно, масса твёрдой, жидкой и газообразной его составляющих.

Вводя массовые концентрации отдельных фракций выброса с помощью выражений:

α = Мт/М;

β = Мж/М;

γ = Мг/М,

можно формулу (1) представить так:

1 = α + β + γ.

Откуда выражение для доли твёрдой фазы в выбросе записывается в следующем окончательном виде:

α=1-β-γ. (2).

При получении этих соотношений предполагалось, что выброс представляет собой компактный объём с примерно равномерным распределением в нём различных компонентов, а его газовая составляющая γ — это смесь воздуха с газами, выделяющимися из твёрдой и жидкой фаз.

Соотношения параметрова, β и γ в каждом конкретном выбросе загрязняющих веществ определяют его плотность («твёрдость») и следовательно принадлежность к одной из трёх категорий мусорных отходов: твёрдым, жидким или полужидким. Причём, объект является мусорным при

α ≥ α*,

где

α* — критическое значение массовой плотности загрязняющего выброса, задаваемое из физических или технологических соображений.

Необходимо отметить, что из-за слабой разработанности экскретной тематики в нашей стране эти термины нельзя считать устоявшимися и имеющими конкретные числовые значения. Для примера можно рассмотреть состояние этого вопроса в одной из наиболее «продвинутых в мусорном отношении» стран — в США, где традиционно используется классификация мусора на основе различных числовых значений записанных выше параметров.

При рассмотрении выбросов загрязняющих веществ в виде смесей твёрдых тел и жидкостей "твёрдыми отходамиАзоИй waste\ в США считаются «материалы, содержащие менее 70 % воды» [31], то есть со значением коэффициента

β < 0,7 (α* = 0,3).

При учёте формулы (2) и значения = 0,3 приходим к соотношению, определяющему твёрдость выброса, то есть принадлежность его к мусорному объекту. Оно записывается так:

α + γ ≥ 0,3. (3)

Из соотношения (3) следует, что при массовом содержании твёрдого вещества и газов в выбросе, превосходящем 30 %, его следует причислить к «твёрдым отходам» (в России — ТБО).

Если пренебречь газовой составляющей γ (на практике почти всегда присутствие газа в твёрдофазных и жидкостных выбросах носит «следовый» характер), то есть считать, что α < 1 то, приходим к приближённой оценке «твёрдости» мусорных отходов:

α ≥ 0,3. (4)

Таблица № 1.2.

Содержания воды в физических телах при влажности окружающего воздуха 80 % [119]и соответствующие значения параметра α

«Жидкими отходами» \liquid waste\ признаются отходы, содержащие менее 1 % твёрдого вещества, то есть при

α <0,01 (β + γ > 0,9). (5)

Существуют также «полужидкие отбросы»\sludge\, содержащие от 3 % до 25 % твёрдых материалов:

0,25 ≤ а ≥ 0,03. (6)

(Неопределенность числовых значений этого параметра в диапазонах концентраций от 1 % до 3 % и от 25 % до 30 % — на совести авторов публикации [8]). Области определения параметра а представлены на рисунке 1.3.