3581

K.G. Shapovalova, T.V. Ashikhmina, T.V. Ovchinnikova, P.S. Kuprienko

PREDICTION OF ENVIRONMENTAL IMPACT OF THE OPERATION OF LANDFILLS AS A FACTOR OF SECURITY TO THE ENVIRONMENT

The article discusses the prediction of the influence of the landfill G. Liski on the environment of the surrounding area

«Voronezh State Technical University», Voronezh, Russia

УДК 504:351.77

Е. И. Головина, И. А. Иванова, В. Я. Манохин

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ В ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХАХ

Промышленная экология литейного производства в значительной степени определяется несовершенством технологических режимов и чистотой рабочей зоны различных участков литейных цехов. К опасным и вредным факторам литейного производства относятся высокие концентрации пыли и вредных газов, выделяющихся на различных этапах технологического процесса. Наличие в воздухе пыли размером менее 10 мкм увеличивает опасность получения профзаболеваний, таких как пневмокониоз (силикоз), бронхит, дерматит, коньюктивит. Оценка рабочей зоны для участков дробеструйной обработки и выбивки литья из формы показывает, что практически все фазы технологического процесса сопровождаются выделением значительного количества пыли и вредных газов. Предложено приоритетное устройство пылеулавливания высокой эффективности (98-99 %)

Влитейных цехах выделяется значительное количество пыли. Качество атмосферного воздуха в рабочей зоне литейного цеха зависит от концентраций вредных веществ и их токсичности. Эффективность существующих средств очистки выбросов не обеспечивает выполнение требований гигиенических норм. Предварительные экспериментальные и расчетные данные показывают многократное превышение максимальных приземных концентраций над предельно допустимыми по данным М.Ф. Бромлея [2] это превышение доходит до 20 раз. При штучном производстве это носит кратковременный характер, однако при серийном степень экологического риска значительно увеличивается.

Всвязи с тем, что предельно допустимая концентрация пыли в рабочей

зоне (ПДКр.з.) зависит от содержания SiO2 в частности, при SiO2≤10% ПДКр.з.= 1-10 мг/м3, а фактическое содержание SiO2 колеблется в диапазоне от SiO2=3550% по [1], и почти по всем участкам литейного производства сопровождается наличием кварца. Это и определяет более жесткий подход к оценке санитарного состояния рабочей зоны и эффективности инженерно-технических мероприятий по снижению загрязнения воздуха. При действии общеобменной и локальной вентиляции, а также наличия источников тепловыделения (печи, плавильные агрегаты) конвекции потоков воздуха рабочей зоны цеха, условия распро-

121

странения вредных веществ, в том числе и пыли в связи с этим имеет более сложный характер [7].

Оценка дисперсности пыли и ее истинная плотность необходимы с целью квалифицированного выбора средств защиты операторов литейного цеха, в этой связи необходима оценка дисперсности пыли и ее истинной плотности [9]. Эти параметры определяют степень воздействия на человека. В частности, наличие пыли размером менее 10 мкм, так называемой «легочной» указывает на возможность получения ряда профессиональных заболеваний: помимо дерматитов, коньюктивита и катаракты, еще и пневмокониоза и силикоза [6].

Взвешенные частицы сами по себе или в комбинации с другими загрязнителями представляют очень серьезную угрозу для здоровья человека. Загрязнители попадают в организм человека главным образом через систему дыхания. Для органов дыхания при этом существует непосредственная угроза, так как, по оценкам, около 50% частиц в диапазоне от 0,01 до 10 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них [3].

Некоторые частицы, попадающие в атмосферу в результате антропогенной деятельности, играют роль ядер конденсации, которые влияют на образование облаков, дождя и снега.

Взвешенные в атмосфере частицы могут быть химически инертны или химически активны сами по себе, они могут быть инертны, но поглощать химически активные вещества из атмосферы, или могут объединяться, образуя химически активные компоненты [4]. В зависимости от химического состава и физического состояния взвешенные частицы наносят значительный вред материалам. Частицы запыляют окрашенные поверхности и одежду, просто оседая на них.

Еще более существенно, что взвешенные частицы могут быть причиной прямого химического разрушения материалов либо путем непосредственной коррозии, либо воздействием адсорбированных и абсорбированных разъедающих химикалиев в присутствии инертных частиц. Металлы первоначально могут сопротивляться коррозии в сухом воздухе или даже в чистом влажном воздухе. Однако гигроскопические частицы, обычно присутствующие в атмосфере, могут разъедать металлические поверхности и в отсутствие других загрязнителей.

Эти пылевые выбросы, весьма токсичные сами по себе, не остаются в атмосфере без изменений. Под действием солнечных лучей и при участии озона возникают пока не известные реакции, образующие новые, еще более токсичные соединения. При этом атмосферная турбулентность и ветер не успевают удалять из воздушного бассейна этих предприятий пылевые выбросы. Проблема создания безотходной технологии и внедрения новейших пылеулавливающих комплексов на действующих предприятиях пока не решена.

На поведение частиц размером менее 0,1 мкм оказывает существенное влияние броуновское движение за счет столкновения с отдельными молекулами. Частицы размерами между 0,1 и 1 мкм в спокойной атмосфере имеют ско-

122

рости оседания несравненно меньше, чем скорость ветра; при размере более 1 мкм оседание все еще мало; для частиц размером более 20 мкм скорости оседания относительно достаточны, и такие частицы удаляются из атмосферы гравитационным оседанием или другими инерционными процессами.

Экспериментальные данные показал наличие большого количества мелкодисперсной пыли с размером менее 50 мкм для участков дробеструйной обработки и выбивки литья из формы, но которые имеют общую систему пылеулавливания [5]. Поэтому особое значение приобретает анализ и оптимизация уже действующих пылеулавливающих комплексов в сочетании с новыми перспективными разработками и технологиями утилизации пыли.

В Воронежском государственном архитектурно-строительном университете разработаны и защищены авторскими свидетельствами и патентами устройства для очистки выбросов, использующих сырье с большим содержанием высокодисперсной пыли. В частности, «Устройство для «мокрой» очистки газа» (рис. 1). [10] может быть использовано для очистки газа от пыли и вредных выбросов литейного производства.

Цель устройства состоит в повышении степени улавливания пыли путем увеличения эффективности коагуляции пыли в двухфазном пылевоздушном потоке.

Рис. 1. Устройство для мокрой очистки газа 1 – корпус; 2 – коническое днище; 3 – цилиндрическая перегородка; 4 – вал; 5

– коагуляционные пластины; 6 – крестовина; 7 – подшипник; 8 – крышка; 9 – подшипник; 10 – разбрызгивающие форсунки; 11 – входной патрубок; 12 – каплеуловитель; 13 – рычаг; 14 – палец; 15 – поршень пневмоцилиндра; 16 – выходной патрубок; 17 – патрубок для удаления шлама.

«Аппарат для мокрой очистки газа» (рис. 2) относится к технике мокрой очистки газа от твердых примесей и может быть использовано на

123

предприятиях по производству литья. Целью изобретения является повышение степени улавливания пыли также за счет обеспечения интенсивной коагуляции частичек пыли в увлажненном газовоздушном потоке.

Фиг. 1

Рис. 2. Аппарат для мокрой очистки газа:

1 – корпус; 2-3 – входной и выходной патрубок; 4 – коническое днище; 5 – патрубок для слива шлама; 6 – вал; 7 – подшипники; 8 – сетчатая лопасть; 9 – диск; 10 – водоразбрызгивающая форсунка; 11 – указатель уровня шлама; 12 – клапан

Затраты, необходимые для установки очистного оборудования, сопоставляют с величиной эффекта, который обеспечивается в результате их внедрения. Эффектом от внедрения природоохранных мероприятий может быть предотвращенный ущерб, равный эквивалентной сумме платы за количество уловленных загрязнений, и сопутствующие эффекты, например, использование уловленной пыли в процессе приготовления форм.

Критерием экономической оценки эффективности инвестиций в природоохранное мероприятие может быть принят максимум показателя чистого дисконтированного дохода (ЧДД) [7]. ЧДД показывает величину положительного результата в денежном выражении (экономического эффекта) от внедрения одного или нескольких проектных решений, направленных на снижение вредных выбросов.

Чистый дисконтированный доход от внедрения природоохранных мероприятий можно определить по формуле

124

(1)

где Rji положительный результат по видам затрату за период t (годовой эффект) от внедрения природоохранного мероприятия i, тыс. р.; Zij дополнительные годовые затраты j за шаг расчета периода t от внедрения природоохранного мероприятия i, тыс. p.; Kiht единовременные капитальные затраты на установку оборудования для природоохранного мероприятия i в начале периода (t=0) или до начала периода (t=-T) и дополнительные инвестиции вида h (на замену деталей, конструкций и др.) на шагах расчета t, тыс. р.; e ставка дисконтирования, равная 0,1-0,3; t период расчета, принимается равным сроку службы оборудования или системы в целом; состоит из шагов расчета, которые принимаются равными одному году; при осуществлении инвестиций до начала эксплуатации период расчета t равен сумме периода монтажа оборудования (- T>t<0), который принимает отрицательное значение, и сроку службы оборудования или системы в целом; j виды платежей и годовых затрат на эксплуатацию оборудования, тыс. р., для природоохранного оборудования ими могут быть годовые затраты на электроэнергию, на обслуживание, на топливо или теплоту, плата за выбросы и т.д. [8].

Зависимости показателей ЧДД от ставки дисконтирования представлены на графике рис. 3.

Установка предлагаемого устройства позволит сократить ущерб, наносимый окружающей среде, и увеличить количество утилизованной пыли.

Рис. 3. Зависимости показателей чистого дисконтированного дохода от ставки дисконтирования

125

Экономический эффект от снижения ущерба при установке высокоэффективного ПУ составляет 37 тыс. руб.

Выводы:

1.Наибольшая запыленность характерна для участков дробеструйной обработки и выбивки литья из формы, где размер выделяемой пыли менее 50 мкм.

2.Предложено приоритетное устройство пылеулавливания высокой эффективности (98-99 %), обеспечивающее снижение концентрации пыли на промплощадке предприятия до концентраций, не превышающих ПДКр.з.

Литература

1.Азаров В.Н. О фракционном составе пыли в рабочей зоне и инженер- но-экологических системах // Технология, строительство и эксплуатация инженерных систем: материалы междунар. науч.-техн. конф. – СПб. - 2002. - С. 10-13.

2.Бромлей М.Ф. Отопление и вентиляция чугунолитейных цехов / М.Ф. Бромлей, Г. И. Красиков. - М.: Профиздат, 1954. - 254 с.

3.Головина Е.И. Опасные и вредные факторы литейного производства и их влияние на состояние атмосферы в рабочей зоне / Вестник технологического университета / – 2016. – Т.19, № 23 – С. 126 – 131.

4.Головина Е.И., Манохин В.Я., Иванова И.А. Оценка опасных факторов литейного производства / Комплексные проблемы техносферной безопасности - материалы Международной научно-практической конференции. –

2016. – С. 170–173.

5.Головина Е.И., Иванова И.А., Ивков С.А Оценка рентгенофазового анализа пыли от дробеструйных установок литейного производства. Интернетжурнал Науковедение. 2017. Т. 9. № 2 (39). С. 62.

6.Головина Е.И., Иванова И.А., Манохин М.В. Защита рабочей зоны литейных цехов машиностроительного производства / Вестник Донского государственного технического университета. 2017. Т. 17. № 2 (89). С. 141-148.

7.Иванова И.А. Определение коэффициента экологической опасности литейного производства / Вестник ДГТУ. – 2010. – Т.10, №3 (46). – С. 406–409.

8.Иванова И.А. Оценка дисперсного состава пыли участка черного литья / И.А. Иванова, В.Я. Манохин // Вестник ДГТУ. – 2010. – Т.10, №2 (45). – С.

200–204.

9.Мурзинов В.Л., Манохин В.Я., Головина Е.И. Построение эмпирической зависимости гранулометрического состава пыли литейного производства Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 130. С. 155-172

10.Пат. 2006264 Российская Федерация, МПК7 B01D47/18. Устройство для очистки газа / Колотушкин В.В.; Зайцев A.M.; Колотушкин В.В.; Манохин В.Я.; Северинов Ф.А.; заявитель и патентообладатель Воронежский инженерно-

126

строительный институт. - № 4921934/26; заявл. 26.03.1991; опубл. 30.01.1994.-3 с.: ил.

"Воронежский государственный технический университет", г. Воронеж, Россия

E. I. Golovina, I. A. Ivanova, V. Ya. Manokhin

THE EFFECTIVENESS OF TECHNOLOGIES FOR THE TREATMENT OF HARMFUL EMISSIONS THE ATMOSPHERE IN FOUNDRIES

Industrial ecology foundry is largely determined by the imperfection of the technological regimes and the cleanliness of the working area of various sections of foundries. Dangerous and harmful factors of the foundry are high concentrations of dust and harmful gases emitted at different stages of the process. The presence in the air of dust smaller than 10 µm increases the danger of getting occupational diseases such as pneumoconiosis (silicosis), bronchitis, dermatitis, conjunctivitis. Evaluation of work zone sites for blasting and casting knockout of forms shows that almost all phases of the technological process are accompanied by significant amounts of dust and harmful gases. Proposed priority device dust collection, high efficiency (98-99 %)

"Voronezh state technical University", Voronezh, Russia

УДК 628.38

Е. В. Калинина, П. С. Куприенко

СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

В статье рассматривается возможность использования экозащитных технологий и оборудования для утилизации осадков сточных вод водоочистных сооружений

На современном этапе проблема антропогенного загрязнения окружающей среды очень актуальна. Осадки сточных вод, а в основном избыточный активный ил, который содержится на водоочистных сооружениях в большом количестве, представляет значительную опасность для всех компонентов экосистем. В нашей стране избыточный активный ил складируется сначала на иловых картах, а затем вывозится на полигоны ТБО. При этом отмечается высокая степень загрязнения атмосферы и грунтовых вод в результате эмиссии целого ряда химических элементов, содержащихся в осадке. Высокое содержание тяжелых металлов прослеживается в нескольких геологических горизонтах [1]. При этом существенную роль баланса подземных вод составляет инфильтрат с иловых площадок. Помимо инфильтрационного воздействия на грунтовые воды, на территории иловых площадок образуются значительные количества поверхностных вод, загрязненных макро- и микроэлементами. В настоящее время разработано множество способов утилизации избыточного активного ила на очистных сооружениях бытовых и промышленных сточных вод, а также

127

уменьшение его объемов путем внедрения современных экозащитных установок.

В зависимости от технологических и экологических свойств осадков сточных вод определяют условия их утилизации. При этом основными экологическими критериями являются их обеззараженность, а также отсутствие в них сверхнормативного содержания тяжелых металлов (ТМ). Важным показателем для применения осадков сточных вод служит также pH (реакция среды) применяемого осадка [2].

Последовательность обработки осадков сточных вод представлена на рис. 1.

.

Рис. 1. Схема обработки осадков сточных вод

Для экологически безопасного использования осадка сточных вод наиболее оптимальным является термофильное сбраживание смеси осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила из аэротенков и вторичных отстойников в метантенках с последующей реагентной очисткой.

Термофильное сбраживание отличается большей интенсивностью распада органических веществ и заканчивается примерно в 2 раза быстрее, за счет чего вдвое сокращается требуемый объем сооружений.

При термофильном сбраживании достигается полная дегельминтизация осадка.

Перед обработкой в метантенках рекомендуется уплотнение осадка. Это снизит объем необходимых метантенков и, как следствие, затраты на их строительство и эксплуатацию, а также повысит водоотдающие свойства осадка. Наибольшее сокращение объема смеси осадков достигается при флотационном илоуплотнении.

128

Таким образом, схема утилизации осадков сточных вод может быть представлена следующим образом (рис. 2).

Исходный

осадок

Флотационное

уплотнение

Термофильное

сбраживание

Реагентная

обработка

Использование осадка в сельском хозяйстве в качестве удобрения

Рис. 2. Схема обработки и утилизации осадков сточных вод

Органические удобрения, произведенные на основе осадков сточных вод, потенциально могут содержать 16 млн тонн органического вещества, 42 000 тонн азота, 60 000 тонн фосфора, 7 000 тонн калия [3]. С другой стороны, содержащиеся в осадках тяжелые металлы, попадая в почву, могут отрицательно воздействовать на растения, животных и человека, на природную среду в целом.

Всвязи с этим возникает необходимость извлечения тяжелых металлов перед внесением осадка в почву в качестве удобрения.

Вработе мы предлагаем извлечение тяжелых металлов из уплотненного и сброженного в термофильных условиях осадка с помощью реагента СаS. Метод основан на принципах изменения направленности протекающих процессов в составляющих илов и осадков путем создания специальных условий, в том числе условий для иммобилизации микроорганизмов ила и органических веществ на кальций-содержащих материалах, и замещения твердых металлов на кальций. В процессе обезвреживания илов от тяжелых металлов с использованием СаS при введении 0,4-1,2 г Са на 1 г сухого вещества осадка остаточные концентрации металлов соответствуют требованиям ГОСТ Р 17.4.3.07-2001.

Реакции, которые будут происходить в осадке при внесении в него реагента СаS:

129

Pb2++CaS→Ca2+ + PbS↓;

Hg2+ + CaS→Ca2+ +HgS↓;

Cd2+ + CaS→Ca2++CdS↓;

Zn2+ +CaS→Ca2++ZnS↓;

Cu2+ +CaS→ Ca2++CuS↓;

Важным показателем является произведение растворимости выпавших осадков при температуре 25 °С. При низких значениях произведений растворимости данные соединения могут быть захоронены без вреда для окружающей среды.

В случае если содержание ТМ превышает установленные нормативы, рекомендуется обработать смесь осадка эквивалентным количеством динатриевой соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты.

Таким образом, предложенная технологическая схема переработки и утилизации осадка сточных вод позволяет найти комплексное решение проблемы стабилизации экологического состояния окружающей среды населенных пунктов и вернуть в оборот значительные земельные территории, в настоящий момент занятые иловыми площадками. Такой комплексный подход позволит рекультивировать земли и создать уникальные природоохранные комплексы на территории существующих иловых площадок.

Литература

1.Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков. Под редакцией В.Н. Соколова М.: Стройиздат 2007

2.Л.Н. Губанов, Д.В. Бояркин, А.В. Котов – ННГАСУ Использование осадка сточных вод в России - http://alairnn.ru/kg/7/?nid=288&a=entry.show

3.Сюняев Х.Х., Жмыхова Е.Н., Чудинова С.Д. Разработка научнопрактических основ утилизации осадков сточных вод с иловых площадок г. Алушты. Доклады ТСХА. Выпуск 277. М.: ФГОУ ВПО РГАУ – МСХА, 2005. –

с. 678.

«Воронежский государственный технический университет», г. Воронеж, Россия

E.V. Kalinina, P.S. Kuprienko

ECOZASHITA MODERN TECHNOLOGIES FOR UTILIZATION

OF SEWAGE SLUDGE

The article discusses the possibility of using ecozashita technologies and equipment for utilization of sewage sludge of wastewater treatment plants

«Voronezh State Technical University»

130