Содержание
Крупнейшими потребителями воды из природных водных объектов и источниками сброса в них неочищенных сточных вод на предприятиях химической, энергетической и других отраслей промышленности являются оборотные системы водяного охлаждения (водооборотные циклы).
Оборотная вода, выводимая из водооборотных циклов (ВОЦ), сбрасывается в ливневую канализацию предприятия через переливные трубы в чашах градирен (продувка ВОЦ) или через дренажные трубопроводы в технологических цехах (технологические потери) образуя условно-чистые сточные воды. В совокупности с ливневыми водами условно-чистые сточные воды формируют промышленно-ливневой сток. Расход этого стока часто достигает 80-85 % от расхода всех сточных вод на предприятии.
Существующее состояние природной среды и водных объектов в городах и на селе свидетельствует о том, что дальнейшее развитие хозяйства уже невозможно осуществлять на базе традиционных методов и схем, требует поиска новых путей и подходов на основе требований инженерной экологии. Иначе говоря, нужен принципиально новый подход к водоснабжению и всему водному хозяйству.
Расчет предотвращенного ущерба гидросфере
Одним из основных методов при этом является метод безотходной технологии, отличающийся тем, что водные ресурсы могут быть использованы многократно, а водные объекты будут защищены в результате этого от поступления загрязненных сточных вод [1]. Основным направлением в решении данной проблемы является создание замкнутых систем водопользования, что является сложной задачей и требует стабилизационной обработки оборотной воды ингибиторами коррозии и солеотложений.
Одним из таких ингибиторов является цинк-бихромат-фосфатный ингибитор [2].
Перевод (ВОЦ) химического предприятия на бессточный режим работы с применением данного ингибитора позволил решить две задачи в области охраны водного бассейна реки Томи [3]:
- Исключить сброс в промливневую канализацию оборотной воды из ВОЦ и уменьшить, таким образом, суммарное количество промливневых сточных вод, сбрасываемых в реку Томь.
- Уменьшить расход свежей речной воды на подпитку водооборотного цикла на подпитку ВОЦ.
Обработка оборотной воды ингибиторами делает актуальными вопросы экологической безопасности бессточных ВОЦ [4]. При этом под экологической безопасностью промышленного объекта понимается совокупность состояний, процессов и действий, обеспечивающая экологический баланс в окружающей среде и не приводящая к жизненно важным ущербам (или угрозам таких ущербов), наносимым природной среде и человеку [5].
Одним из критериев, определяющих экологическую безопасность ВОЦ, является предотвращенный экологический ущерб от его перевода на бессточный режим работы, равный:
где
- Упрвод — предотвращенный ущерб гидросфере, достигнутый за счет прекращения сброса оборотной воды в природный водоем, руб/год.
- Уатм — экологический ущерб, наносимый атмосфере, выбросом компонентов ингибитора из градирни с аэрозолем оборотной воды, руб/год.
Предотвращенный ущерб гидросфере равен ущербу гидросфере, наносимому ВОЦ при работе с продувкой, т.е. сбросом части оборотной воды в водный объект:
где
- Упрвод — предотвращенный ущерб, руб/год.
- Убазвод — ущерб при использовании базовой технологии (с продувкой ВОЦ и сбросом сточных вод в природный водоем), руб/год.
Ущерб от сброса в водоем загрязняющих веществ равен [6]:
где
- Уудвод — удельный ущерб от сброса в водоем одной условной тонны загрязняющего вещества (443,5 руб/усл.т).
- Мпрвод — приведенная масса годового выброса загрязнителей, усл.т/год.
- σК — безразмерный показатель, учитывающий относительную опасность загрязнения различных водохозяйственных участков.
Приведенная масса годового выброса загрязнителей Мпрвод определяется по формуле:
где
- N — общее число загрязнителей, сбрасываемых источником.
- Мф.iвод — фактическая масса годового сброса загрязнителя i-го вида, т/год.
аiвод — показатель относительной опасности сброса i-го загрязнителя в водоемы, уcл. т/т:
где
- ПДКpi — предельно допустимая концентрация i-го вредного вещества в воде водоемов рыбохозяйственного назначения.
Предотвращенный ущерб гидросфере составляет Упрвод = 199632,47 руб/год (таблица 1).
Расчет экологического ущерба при организации бессточного режима работы ВОЦ
Экологический ущерб, возникающий в результате организации бессточного режима работы ВОЦ и обработки оборотной воды цинк-бихромат фосфатным ингибитором, серной кислотой и водным раствором гипохлорита натрия — это негативные изменения в состоянии природной среды, вызванные загрязнением природной среды, истощением природных ресурсов, разрушением или повреждением экологических систем, создающие угрозу для жизни и здоровья человека и существования его естественного и социального окружения.
Загрязнителями являются компоненты ингибитора — бихромат натрия, сульфат цинка, гексаметафосфат натрия, а также — гипохлорит натрия и соли серной кислоты, поступающие в атмосферу из охлаждающей градирни с капельным уносом оборотной воды.
Укрупненная оценка ущерба от загрязнения атмосферы производится по формуле [6]:
где
- Уудатм — удельный ущерб от выброса в атмосферу условной тонны загрязняющих веществ, Уудатм = 3,3 руб./усл.т (в ценах 1990 г.).
- σ — безразмерный коэффициент, учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха над территориями различных типов.
- f — безразмерная поправка, учитывающая характер рассеивания примеси.
- Упр.iатм — приведенная масса годового выброса примеси i-го вида из источника, усл. т/год.
- m — общее число видов примесей в выбросе.
Значение безразмерного коэффициента σ находят по формуле:
где
- SЗАЗ — общая площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ).
- k — общее число типов территорий, попавших в ЗАЗ.
- j — тип территории.
- Sj— площадь загрязненной территории j-го типа.
- σj — коэффициент относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над территорией.
ВОЦ размещен на площадке промышленного предприятия. Высота охлаждающей градирни принята равной 20 м. Зона активного загрязнения такой градирни имеет форму кольца с внутренним диаметром загрязнения равным RЗАЗвнутр = 20ϕН и внешним диаметром — RЗАЗвнешн — 20ϕН.
Здесь ϕ безразмерная поправка, учитывающая тепловой подъем факела в атмосфере:
где
- ΔТ — среднегодовая разность температур в устье градирни и охлаждающей атмосфере, °С.
Площадь активного загрязнения:
Площадь активного загрязнения не превышает площади промышленного предприятия.
Поэтому следующие коэффициенты приняты как:
- Значение безразмерного коэффициента σ равно j=1.
- Значение Sj = SЗАЗ.
- Коэффициент относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над территорией промышленного предприятия σ = 4 .
Величина поправки f составляет для газообразных и мелкодисперсных примесей со скоростью оседания 1 см/с ≤ U ≤ 20 см/с:
где
- U — среднегодовое значение скорости ветра на уровне флюгера; если скорость ветра неизвестна, то принимается U = 3 м/с.
- Н — высота источника выбросов (охлаждающей градирни), м.
Приведенная масса годового выброса примеси составит:
где
- Miатм — масса годового выброса, т.
Аi — показатель относительной агрессивности загрязняющего вещества, уcл. т/т:
где
- ai — показатель относительной опасности присутствия примеси в воздухе, вдыхаемом человеком.
- αi — поправка, учитывающая накопление примеси и образование вторичных загрязнителей (αi = 1÷5).
- δi — поправка для учита воздействие примеси на другие реципиенты, кроме населения (δi = 1÷
- λi — поправка на учет вторичного попадания загрязнителя в атмосферу (для пыли λi = 1,2).
- βi — поправка учета возможности образования более токсичных загрязнителей (βi = 1÷5).
Поправка ai вычисляется следующим образом:
где
- ПДКс.с.i— среднесуточная предельнодопустимая концентрация i-го вещества в воздухе населенных пунктов.
- ПДКр.з.i — предельнодопустимая концентрация i-го загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны, мг/дм3.
Значения ПДК и поправок смотрите в таблице 2, а экологический ущерб, наносимый атмосфере выбросами компонентов ингибитора из градирни, в таблице 3. Он составляет 135 тыс. руб/год.
Поправки αi и αi βi λi δi для загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу в результате ингибирования и реагентной обработки оборотной воды.
Предотвращенный экологический ущерб окружающей среде, достигнутый в результате перевода ВОЦ на бессточный режим работы, равен:
Список литературы
- Яковлев С.В., Нечаев А.А. Инженерно-экологические проблемы водоснабжения России на пороге ХХШ века. // Инженерная экология. — 1996, № 2. — С. 119-132.
- Орехов А.И., Багаутдинова О.Г., Князев Б.И. Предотвращение карбонатных отложений в КХО при беспродувочной работе систем оборотного водоснабжения. — Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования в нефтехимической и нефтеперерабат. промышленности. Научн.техн. реф. сб. / ЦНИИТЭнефтехим, 1975. -№ 4. — С. 17-20.
- Ушаков Г.В., Солодов Г.А. Результаты эксплуатационных испытаний работы водооборотного цикла промышленного предприятия в беспродувочном режиме с применением цинк-бихромат-фосфатного ингибитора коррозии и отложений солей жесткости. // Известия Томск, политехи, ун-та. — 2007, №2. — С. 144—148.
- Басова Г.Г., Ушаков А.Г., Елистратов А.В., Ушаков Г.В. Санитарно-гигиенические и технологические аспекты экологической безопасности систем технического водоснабжения. // Вести. Кузбасского гос. тех. унив., 2009, № 4. — С. 63-66.
- Временные рекомендации по оценке экологической опасности производственных объектов (угв. Госкомэкологии РФ 15 марта 2000 г.).
- Фридланд С.В., Ряписова Л.В., Стрельцова Н.Р., Зиятдинов Р.Н. Промышленная экология. Основы инженерных расчетов. — М.: КолосС, 2008. — 176 с.
Источник: Экологическая безопасность бессточного водооборотного цикла с обработкой оборотной воды цинк-бихромат-фосфатным ингибитором / Г.В. Ушаков // Вестник КузГТУ. — 2011. — №1. — C. 47-49.
