ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций

Рисунок 5.12 - Схемы выпарных установок: а–б – одноступенчатых контактных соответственно с испарением в камере контактного теплообменника и в адиабатной ступени: 1 – контактныетеплообменники; 2 – насосы; 3 – адиабатный испаритель; в – с гидрофобным теплоносителем: 1 – ступень адиабатногоиспарителя; 2 – конденсатор смешения; 3, 7, 8 – насосы; 4 – подогреватель; 5–6 – контактные теплообменники

Удельный расход пара для одной ступени ~ 1 кг/кг. Для снижения расхода пара используют многоступенчатые УМИ (рис. 5.13, б).

Концентрирование минерализованных вод проводят и на установках вымораживания (рис. 5.14). Их действие основано на том, что концентрация солей в кристаллах льда значительно меньше, чем в растворе (теоретически образуется пресный лед). Вымораживание можно проводить под вакуумом либо при помощи специального холодильного агента.

Кристаллогидратный процесс состоит в концентрировании сточной воды с гидратообразующим агентом М (пропан, хлор, СО2 и др.) и образовании кристаллогидратов, имеющих формулу М n Н2О. При переходе молекулы воды в кристаллогидраты концентрация растворенных в воде веществ повышается. При плавлении кристаллов образуется вода, из которой выделяются пары гидратообразующего агента. Процесс может проходить при температуре выше и ниже температуры окружающей среды. Получение чистой воды может быть осуществлено по следующей схеме (рис. 5.15).

Рисунок 5.13 - Схемы адиабатных испарительных установок: а – одноступенчатой:

1 – камера испарения; 2 – конденсатор; 3 – поддон; 4 – подогреватель; б – вертикальной: 1 – конденсатор; 2 – желоб; 3 – канал для отвода конденсата; 4 – вертикальный канал; 5 – вакуумный насос; 6 – переточная труба; 7 – перегородка; 8 – испарительная камера; 9 – корпус

Рисунок 5.14 - Схемы установок концентрирования растворов вымораживанием: а – под вакуумом: 1 – промывная колонна; 2 – конденсатор-плавитель; 3 – вспомогательная холодильная установка; 4 – компрессор; 5 – кристаллизатор; 6 – теплообменник; б – при контактном вымораживании: 1 – промывная колонна; 2 – смеситель; 3 – конденсаторплавитель; 4 – вспомогательный компрессор; 5 – главный компрессор; 6 – кристаллизатор; 7 – теплообменник

Рисунок 5.15 - Схема установки для очистки воды методом гидратообразования: 1 – сепаратор; 2 – камера плавления; 3 – камера гидратообразования; 4 – емкость; 5 – конденсатор

Преимущества вымораживающих и кристаллогидратных установок:

низкий расход энергии (9-12 (кВ ч)/м3), возможность обезвреживания вод различного состава. Недостатки: применение дорогостоящих теплоносителей; усложнение технологического процесса; невысокая степень концентрирования раствора из-за трудности разделения кристаллов льда и вязкой суспензии; повышение расхода энергии с увеличением степени концентрирования раствора вследствие понижения температуры замерзания при увеличении концентрации раствора.

Термоокислительные методы обезвреживания

Химические промстоки по теплотворной способности делят на способные гореть самостоятельно и на воды, для термоокислительного обезвреживания к которым необходимо добавлять топливо. Последние имеют энтальпию ниже 2000 ккал/кг.

При использовании термоокислительных методов все загрязняющие органические вещества полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относятся: метод жидкофазного окисления; метод парофазного каталитического окисления и пламенный, или огневой, метод.

Метод жидкофазного окисления основан на окислении органических веществ, растворенных в воде, кислородом при температуре 100–350 оС и давлении 2–28 МПа (для увеличения растворимости О2 в воде и, следовательно, интенсификации процесса). Принципиальная схема этого процесса показана на рис. 5.16.

Отличительными особенностями метода являются: высокая производительность без предварительного концентрирования; отсутствие в продуктах окисления вредных органических веществ; легкость комбинирования с другими методами и безопасность при его применении. Среди недостатков – неполное окисление некоторых химических веществ; значительные капитальные затраты и высокая коррозия оборудования в кислых средах.

Рис. 5.16 - Схема установки для жидкофазного окисления: 1 – сборник; 2 – насос; 3 – теплообменник; 4 – печь; 5 – реактор; 6 – сепаратор

Рис. 5.17 - Схема установки для очистки сточных вод каталитическим окислением:

1 – емкость; 2 – выпарной аппарат; 3 – теплообменник; 4 – контактный аппарат; 5 – котелутилизатор; 6 – печь; 7 – центрифуга

В основе метода парофазного каталитического окисления лежит гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре летучих органических веществ, находящихся в промстоках. Процесс протекает весьма интенсивно в паровой фазе в присутствии медно-хромового, цинкохромового, медно-марганцевого или другого катализатора и проводится на установках, одна из которых схематично представлена на рис. 5.17.

Степень очистки достигает 99,98 % при высокой производительности. Основной недостаток – возможность отравления катализаторов соединениями фосфора, фтора, серы, что требует предварительного удаления из сточных вод каталитических ядов.

Наиболее эффективным и универсальным является так называемый огневой метод, заключающийся в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до температуры 900–1000 оС. При этом вода полностью испаряется, а органические примеси сгорают. Минеральные вещества, содержащиеся в воде, образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем улавливаются.

Огневой метод может быть использован для обезвреживания небольшого объема сточных вод, содержащих высокотоксичные органические вещества, очистка от которых другими способами невозможна или неэффективна, и нецелесообразен для обезвреживания стоков, содержащих только минеральные вещества. Кроме того, этот метод предпочтителен, если имеются горючие отходы, которые можно использовать как топливо.

В процессе обезвреживания промстоков различного состава могут образовываться окиси щелочных и щелочно-земельных металлов (СаО, МgO, BaO, K2O, Na2O и др.). Некоторые из них могут взаимодействовать с компонентами дымовых газов, например

Na2O + CО2 Na2CO3

При диссоциации хлоридов в дымовых газах содержатся хлор и хлористый водород. Органические соединения, содержащие серу, фосфор, галогены, могут образовывать SO2, SO3, P2O5, HCl, Cl2 и др., что вызывает коррозию аппаратуры и является нежелательным в дымовых газах. Из сточных вод, содержащих нитросоединения, могут выделяться различные окислы азота. При сложном взаимодействии этих веществ в газовой фазе могут образовываться новые соединения, в том числе и токсичные, что необходимо учитывать при удалении газов в атмосферу.

Рисунок 5.18 - Схемы устройств для огневого обезвреживания сточных вод: а – циклонная печь: 1 – воздуходувка; 2 – питающее устройство; 3 – печь; б – печь с псевдоожиженным слоем: 1 – плотная фаза ожиженного слоя; 2 – разбавленная фаза; 3 – печь; 4 – циклон; 5 – труба для возврата материала; 6 – газораспределительная решетка; в – печь с котломутилизатором: 1 – печь; 2 – котел-утилизатор; 3 – воздухоподогреватель; 4 – аппарат су-

хой очистки газов; 5 – труба; 6 – дымосос; 7 – воздуходувка

Для проведения процесса огневого обезвреживания в зависимости от консистенции и состава сточных вод используют печи различной конструкции: камерные, шахтные, циклонные и с псевдоожиженным слоем. Камерные и шахтные печи (используются для сжигания сульфидных щелоков, сточных вод анилинокрасочной промышленности и др.) малопроизводительны, громоздки и капиталоемки. Наиболее эффективны циклонные печи и печи с псевдоожиженным слоем (рис. 5.18).

Литература

2.Мазур И. И., Молдаванов О. И., Шишов В. Н. Инженерная экология. Общий курс. В 2-х томах. Учебное пособие для вузов / Под ред. И. И. Мазура. – М.: Высшая школа. 1996. – 637 с.

3.Калыгин В. Г. Промышленная экология. Курс лекций. – М.: Изд-

во МНЭПУ, 2000. – 240 с.

4.Мазур И. И., Молдаванов О. И. Курс инженерной экологии: Учеб. для вузов / Под ред. И. И. Мазура. – М.: Высшая школа. 1999. – 447 с.

5.Путилов В. Я. Экология энергетики: Учеб. пособие / Под. общ. ред. В. Я. Путилова. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 716 с.

5.Промышленная экология: Учебное пособие /Под ред. В.В. Денисова.

–М: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2007. – 720 с.

6.Квашнин И. М. Промышленные выбросы в атмосферу. Инженерные расчеты и инвентаризация. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2005. – 392 с.

7.Кулагина Т.А. Теоретические основы защиты окружающей среды: Учебн. пособие / Т.А. Кулагина. 2-е изд., перераб. И доп. Красноярск:

ИПЦ КГТУ, 2003. – 332 с.

8.Лозановская И. Н. Орлов Д. С., Садовникова Л. К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. Учеб. пособие. – М.: Высш. шк.

–1998. – 287 с.

9.Гриценко А. И., Акопова Г. С., Максимов В. М. Экология. Нефть и газ. – М.: Наука. 1997. – 598 с.

10.Челноков А. А., Ющенко Л. Ф. Основы промышленной экологии: Учеб. пособие. – Мн.: Высш. шк., 2001. – 343 с.

11.Корте Ф., Бахадир М. И. и др. Экологическая химия: Пер. с нем. / Под ред. Ф. Корте. – М.: Мир. 1997. – 396 с.

12.Гарин В. М., Кленова И. А. Экология для технических вузов. Серия «Учебники для технических вузов». Ростов-на-Дону: Феникс, 2001. – 384 с.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕПОКАЗАТЕЛИИ ЭКОНОМИЧЕСКАЯОЦЕНКА ПРИРОДООХРАННЫХМЕРОПРИЯТИЙ

Экономический ущерб окружающей среды от загрязнения

В соответствии с «Временной типовой методикой определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды», экономический ущерб представляет собой стоимостное выражение негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Он равен сумме затрат на предотвращение воздействия загрязненной окружающей среды на реципиентов и затрат, связанных с воздействием на реципиентов. В состав реципиентов входят: население, объекты жилищно-коммунального хозяйства, сельскохозяйственные угодья, лесные ресурсы, элементы основных фондов промышленности и транспорта, трудовые ресурсы, рекреационные ресурсы.

При снижении негативного антропогенного воздействия на окружающую среду достигаются экологические, социальные и экономические результаты. В соответствии с методикой экологический результат природоохранной деятельности выражается в уменьшении выброса вредных веществ в окружающую среду и уровня ее загрязнения, в увеличении и улучшении качества пригодных к использованию земельных, лесных, водных ресурсов и атмосферного воздуха. Социальный результат проявляется в улучшении физиологических, культурных, творческих и рекреационных условий жизни человека. Экономический результат выражается в экономии или предотвращении потерь природных ресурсов, живого и овеществленного труда во всех сферах народного хозяйства и личного потребления.

Под экономическим ущербом отдельного хозяйствующего субъекта (предприятия) понимают те потери (затраты), которые несет предприятие вследствие негативного воздействия вредных веществ, попадающих в окружающую среду с выбросами собственного производства. Исходя из этого, экономический ущерб от негативного воздействия вредных веществ представляет собой часть издержек предприятия, связанных с компенсацией этого воздействия на ресурсы предприятия (рис. 6.1).

Составляющие экономического ущерба от загрязнения среды являются комплексной величиной и определяются как сумма ущербов, наносимых отдельным видам реципиентов в пределах загрязненной зоны. В качестве основных реципиентов в экономике природопользования рассматриваются: 1) население; 2) объекты жилищно-коммунального хозяйства; 3) сельскохозяйственные угодья; 4) лесные ресурсы; 5) элементы основных фондов промышленности и транспорта; 6) рыбные ресурсы; 7) рекреационные ресурсы.

Рисунок 6.1 – Схемаопределения экономическогоущербаот загрязненияокружающей среды

Количественная оценка таких последствий в универсальном виде как функция от объема выбросов необходима для того, чтобы соизмерить ее с другими затратами и потерями, в том числе и с затратами на предотвращение загрязнения.

Зная объем выбросов V , суммарную денежную оценку ущерба можно представить в виде:

P f1 V f2 V f3 V ... fn V ,

где P – денежная оценка ущерба; fn V – величина ущерба (потерь), возни-

кающая в n-сфере деятельности от ухудшения качества окружающей среды вследствие выбросов.

Несмотря на простоту такой идеи оценки ущерба, практическое ее выполнение вызывает значительные трудности. В основу оценки экономическо-

го ущерба от загрязнения положена следующая логическая причинноследственная цепочка расчетов: выбросы вредных веществ из источников их образования → концентрация вредных веществ в атмосфере (водоеме) → натуральный ущерб → экономический ущерб.

Методический подход, основанный на упрощенной процедуре, применим лишь для установления экономической эффективности природоохранных мероприятий на уровне крупных регионов или оценки их сравнительной эффективности. Эти результаты позволяют судить лишь о масштабах экономического ущерба и сравнительной эффективности мер, направленных на ликвидацию ущерба от загрязнения или его предотвращение.

Экономическая оценка ущерба, причиняемого годовыми выбросами загрязнений в атмосферный воздух ( y ) для отдельного источника определяет-

ся по формуле:

y fM ,

где: y – оценка ущерба (руб. /год); – стоимостная (денежная) оценка

ущерба от единицы выброса загрязняющего вещества (рублей/условная тонна); – коэффициент относительной опасности загрязнения атмосферы над территориями различных типов (курорты, зоны отдыха, населенные места, леса, пашни и т. п.); f – коэффициент, характеризующий характер рассеива-

ния примесей (высота выброса, температурный режим, скорость ветра и т. п.); M – приведенная масса годового выброса загрязнений от источника (условные тонны/год):

n

Maimi ,

i 1

где: mi – масса годового выброса примеси i-го вида в атмосферу (т/год); ai –

показатель относительной агрессивности примеси i-го вида (условные тонны/год); n – общее число примесей, выбрасываемых источником в атмосферу.

ai l ПДКiнас., ПДКрi .з. ,

где ПДКiнас., ПДКiр.з. – предельно допустимая концентрация i -го вещества

в воздухе населенных мест и рабочей зоны, соответственно; l – знак функции. Идея изложенного подхода состоит в том, что сначала все вредные вещества, выбрасываемые в атмосферу или сбрасываемые в водоем, приводятся к «монозагрязнителю». Известно, что воздействие разных веществ на окружающую среду и на человека различно. Поэтому складывать напрямую

500 кг ртути и 10 тонн диоксида серы нельзя. Такая операция имеет смысл только в том случае, если каждому из вредных веществ придать весовой ко-

эффициент ai , учитывающий, во сколько раз одно вредное вещество опаснее другого. Объемы фактических выбросов mi , умноженные на весовые коэффициенты ai , называют приведенной массой выбросов из источника загрязнения, или монозагрязнением.

Таблица 6.1 Значения величины для некоторых веществ, выбрасываемых в атмосферу

Приведенная масса выбросов измеряется в условных единицах, например, условных тоннах. Такой «монозагрязнитель» характеризует общий уро-

вень загрязнения окружающей среды. Коэффициент ai , характеризующий

относительную опасность вредных выбросов, рассчитывается на основе сравнительного анализа вредного воздействия отдельных вредных веществ. Величина коэффициента относительной опасности вредного вещества является функцией, обратной величине его предельно допустимой концентрации.

Коэффициент относительной опасности загрязнения территорий должен учитывать особенности и социальную значимость определенного региона и его реакцию на выбросы вредных веществ (для мегаполисов принимают равным 8).

Коэффициент служит для измерения денежной оценки приведенных выбросов в атмосферу и в водные объекты. Этот коэффициент должен отражать все изменения, происходящие в экономике, и корректироваться в соответствии с протекающим в ней инфляционным процессом. Кроме того, этот коэффициент должен отражать умножающее воздействие на природную сре-