ОБЪЕКТАМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Цель работы: освоение метода оценки экологического ущерба путём расчёта платежей за загрязнение водоёмов при сбросе сточных вод; знакомство с принципами очистки сточных вод и основными примерами их конструктивной реализации.

Теоретические сведения

Экологический ущерб – это понижение качества (полезности) окружающей среды вследствие ее загрязнения. Ущерб выражается суммой дополнительных затрат по воспроизводству и восстановлению качества природных ресурсов в данном регионе до уровня, предшествующего осуществлению загрязнения от рассматриваемого объекта. В настоящее время оценка годового экономического ущерба, нанесенного окружающей среде сбросами загрязняющих веществ в водоемы, выбросами в атмосферу или промышленными отходами предприятий осуществляется с учетом платежей за его компенсацию, установленных предприятиям-загрязнителям в соответствии с действующим законодательством.

Платежи не являются ни наказанием за сбросы отходов (штрафом), ни разрешением ухудшать экологическую ситуацию района в пределах финансовых возможностей промышленного объекта. Основное назначение такой реакции общества - стимулировать усилия предпринимателей на внедрение более совершенных малоотходных и экологически щадящих технологий на основном производстве и более эффективных методов и устройств очистки выбросов и сбросов.

В результате производственной деятельности различные объекты железнодорожного транспорта (станции, депо, ремонтные заводы, промывочно-пропарочные станции и др.) сбрасывают сточные воды, различные по структуре и происхождению и подлежащие очистке от примесей. В зависимости от условий происхождения различают три основных вида сточныхвод:

A. Бытовые (хозяйственно-фекальные). Они образуются при эксплуатации туалетов, душевых, столовых, прачечных, мытье полов и т.д. Эти воды содержат около 60 % органических и 40 % минеральных примесей.

Б. Атмосферные (поверхностные) сточные воды формируются в результате выпадения осадков. Дождевой, талой или поливочной водой вредные вещества смываются с территории предприятий и крыш зданий, а также с подвижного состава.

B. Промышленные (производственные) стоки образуются в депо и на других ремонтных предприятиях в результате обмывки подвижного состава и его деталей, а также при других производственных операциях.

Краткие сведения о загрязнении водных ресурсов предприятиями железнодорожного транспорта приведены в таблице 2.1.

Физическая масса годового сброса (фактический сброс) i-ой примеси, т/год, определяется из следующего соотношения:

m_i = c_i · V ·10^-3 (2.1)

где с_i; - среднегодовое значение концентрации i-го вещества, определяемое регулярным лабораторным анализом, мг/л;

V - объём годового сброса сточных вод, тыс. м³.

Платежи предприятия за нормативный сброс загрязняющих веществ в водоемы, тыс. руб./год, определяются зависимостью:

Пн_i=Пуд.н_i*m_i*10^-3 (2.2)

где П_уд _н_i - ставка платы за сброс 1 тоны i-гo загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов сбросов, руб.;

m_Hi - масса нормативного сброса i-гo загрязняющего вещества, т/год, определяется по формуле:

mн_i=ПДК_i*V*10^-3

(2.3)

где ПДК - предельно-допустимая концентрация i-гo загрязняющего вещества. Под предельно-допустимой концентрацией (ПДК) загрязняющего вещества понимается концентрация загрязняющего вещества в единице природной среды, которая не оказывает отрицательного (прямого или косвенного) воздействия на живой организм.

Таблица 2.1

Предприятия - загрязнители водных ресурсов на железнодорожном транспорте

Предприятия	Загрязняющие вещества
Вагонные и локомотивные депо; ремонтные заводы	Нефтепродукты, кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов, шлак, песок и др.
Щебёночные заводы	Взвешенные вещества, нефтепродукты и др.
Промывочно-пропарочные станции (ППС)	Нефтепродукты, ПАВ, взвешенные вещества, фосфаты, тетраэтилсвинец и др.
Шпалопропиточные заводы (ШПЗ)	Антисептики (каменноугольное и сланцевое масла), органические вещества
Дезинфекционно-промывочные станции (ДПС)	Остатки грузов (навоз, солома), дезинфицирующие вещества (каустическая сода, хлорная известь и др.), бактерии
Прочие предприятия (автобазы, склады ГСМ, ремонтные мастерские и пр.)	Взвешенные вещества, нефтепродукты и др.

Ставка платы, руб./т, за нормативный сброс i-гo загрязняющего вещества определяется по формуле:

Пуд.н_i=Hбаз._i*Kэ.вод*Ки

(2.4)

где Н_баз._i - базовый норматив платы за сброс i-гo загрязняющего вещества, руб./т;

К_э.вод - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости поверхностного водного объекта; для рек бассейна Енисея Он составляет 1, 7;

К_и - коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России).

В практической работе принимается К_и = 1.

Если масса загрязняющего вещества превышает массу нормативную, тогда предприятие облагается штрафом (платой за сверхнормативный сброс). Плата за сверхнормативный сброс (Псн) загрязняющих веществ взимается в пятикратном размере и определяется путем умножения соответствующей ставки платы на разницу между фактическим и нормативным сбросом i-гo загрязняющего вещества:

Псн=5*(Пуд.н._i*(m_i – mн_i))*10^-3, при mн_i˂ m_i

(2.5)

Примечание. Если масса сброса i-гo вещества превышает нормативную, то для этого вещества рассчитывается плата и за нормативный, и за сверхнормативный сброс.

Суммарные платежи предприятия за сброс сточных вод определяются по формуле:

П=Пн+Псн (2.6)

Присбросе загрязняющих веществ в канализацию предприятие-загрязнитель заключает на некоторый период времени (как правило, на год) договор с владельцем канализации и платит ему определенную сумму за очистку сточных вод при условии, что концентрация загрязняющих веществ в них не превышает ПДК. В случае превышения, дополнительно взимается плата за сверхнормативный сброс. Значения ПДК и ставка платы устанавливаются владельцем канализации.

Расчет платежей по каждому варианту сводится в таблицу:

Таблица 2.2.

Индивидуальная таблица расчётов платежей. V = тыс. м³/год

№	Ингредиенты	с_i мг/м³	m_i т/год	ПДК мг/м³	Н_баз i, руб/т	П_н_i	П_сн_i
Тыс. руб/год
	Азот аммонийный			0, 001	6875, 8
	Фенолы			0, 0000018
	Нефтепродукты			0, 00005
	ПАВ			0, 00009	5499, 4
	Фосфаты			0, 00029	13751, 6
	Взвешенные вещества			0, 00667
	Окислители			0, 00333	905, 2
	Железо			0, 001
	Медь			0, 0000018
Сумма платежей

Значения годового объёма сточных вод и концентраций загрязнителей (по вариантам) приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3.

Исходные данные к практической работе

№ варианта	Концентрация загрязнителей (C_i) мг/л
V м³/год *10³	Азот аммонийный	Фенолы	Нефтепродукты	ПАВ	Фосфаты	Взвешенные вещества	Окислители	Железо	Медь
		2, 35	0, 064	6, 29	0, 055	0, 15		37, 1	1, 8	0, 061
		0, 79	0, 094		0, 102	0, 026	17, 3	40, 4	1, 62	0, 055
		1, 29	0, 16	12, 06	0, 13	0, 53	32, 5		2, 45	0, 24
		5, 9	0, 08	13, 04	0, 46	0, 61	14, 7	95, 4	1, 00	0, 064
		2, 64	0, 072	18, 2	0, 092	0, 34	22, 6	51, 7	1, 53	0, 086
	0, 9	4, 4	0, 3	0, 09	7, 2	0, 11	0, 58		32, 7	1, 1
	1, 2	1, 31	0, 048	2, 04	0, 21	0, 22	1, 64	17, 3	1, 64	0, 008
	1, 5	1, 78	0, 43	9, 82	0, 17	0, 21		78, 3	2, 45	0, 055
	1, 8	5, 9	0, 07	3, 53	1, 1	0, 6			1, 2	0, 01
		3, 62	0, 21	8, 37	0, 18	0, 28	18, 5	28, 3	1, 47	0, 038

Для очистки сточных вод от загрязнений применяются технические средства. Практически все вещества, присутствующие в стоках, относятся к числу вредных, и поэтому должны быть удалены из них. Конкретные условия для выбора очистных сооружений определяются дисперсным составом и концентрацией загрязнений, видами примесей, объемом сточных вод.

Показателями качества воды, несущей среды сбросов являются значения концентраций в ней вредных веществ С_i. Это можно сказать и о воздухе. Эффективность очистки η _i сточных вод (отходящих газов) от i-го загрязняющего вещества определяется по формуле:

η _i_вх = C_i_вх – Сi _вых

С_{i вх} (2.7)

где с_i _вх - концентрация i-гo загрязняющего вещества на входе в устройство, мг/л (мг/м³);

c_i_вых - концентрация i-гo загрязняющего вещества на выходе из устройства, мг/л (мг/м³).

Эффективность очистки имеет, по существу, смысл коэффициента полезного действия (КПД) соответствующего устройства. Вследствие большого разнообразия свойств примесей (например, их фазового состояния, фракционного состава, температуры и др.) в потоке сточных вод или отходящих газов решить задачу приемлемой очистки в каком-либо одном устройстве практически невозможно. Отмеченное определяет необходимость применения системы n последовательно соединенных аппаратов, которая дает общую эффективность по i-й примеси:

η _i = 1 – (1- η _ij ₁)*(1- η _ij ₂)*… (1- η _ij _n) (2.8)

где η _ij - эффективность очистки от i-й примеси в j-м устройстве.

Конструктивные решения устройств очистки весьма разнообразны, однако, заложенных в них принципов вывода загрязняющих веществ немного: гравитационное осаждение (отстаивание), филирование, флотация, инерционное разделение, биологическая очистка и ряд других. Эффективность некоторых технических средств очистки приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4.

Эффективность очистки сточных вод техническими средствами

Наименование технического средства очистки	Используемый принцип	Удаляемые загрязнители	Эффективность
Флотатор	Флотация	Нефтепродукты, ПАВ	до 0, 99
Взвешенные вещества	0, 95 - 0, 99
Окислители	0, 25 – 0, 85
Азот аммонийный	до 0, 25
Фосфаты, медь	до 0, 8
Железо	до 0, 9
Гидроциклон	Инерционное разделение	Нефтепродукты, ПАВ	до 0, 5
Взвешенные вещества	до 0, 7
Установка биологической очистки	Биологическая очистка	Нефтепродукты, ПАВ	до 0, 999
Взвешенные вещества	До 0, 6

В практической работе рассматриваются простые технические устройства, реализующие три последних принципа. В сложных системах очистки сточных вод эти устройства могут выступать отдельными элементами.

ФЛОТАТОР

Основное назначение флотационной установки (рис. 2.1) - очистка от взвешенной в объеме воды мелкодисперсной фракции масел или нефтепродуктов. Несмотря на разность плотностей несущей среды и жирных компонентов, очистка сточной воды от эмульсии методом отстаивания неудовлетворительна из-за чрезмерно большой длительности процесса. При флотации процесс интенсифицируется вследствие обволакивания капелек масла пузырьками воздуха, вводимого в сточную воду, и их последующего всплывания Эффективность образования агрегатов «частица масла - пузырьки воздуха» зависит от размеров фракций, интенсивности их столкновения друг с другом, химических и физических свойств веществ (рН, вязкости, температуры, давления и т.п.). Помимо масел, с помощью флотационной установки можно концентрировать и выводить из сточных вод взвешенные вещества, ПАВ, органические примеси, медь и т.д. (эффективность см. в табл. 2.4).

Рис. 2.1. Флотационная установка

Исходная сточная вода по трубопроводу 1 и отверстиям в нём равномерно поступает в объём флотатора. Навстречу потоку воды по трубопроводу 2 подаётся сжатый воздух, который через насадку из пористого материала равномерно распределяется в виде мельчайших пузырьков по сечению флотатора. Всплывая, пузырьки воздуха «прилипают» к частицам нефтепродуктов и увлекают их к поверхности. Образующаяся, таким образом, плёнка между зеркалом воды и крышкой флотатора, отсасывается центробежным вентилятором 6 и по трубопроводу 3 направляется на утилизацию. Взвешенные вещества и другие твердые примеси оседают в шламосборник, откуда по мере накопления периодически удаляются для утилизации или захоронения. В процессе встречного движения кислород воздуха окисляет органические примеси и повышает концентрацию кислорода в воде за счёт аэрации. Очищенная сточная вода огибает перегородку и переливается в приёмный бак 7, откуда по трубопроводу 4 подаётся на сброс, повторное использование или дополнительную обработку.

Процесс флотации может быть усилен при помощи реагентов: коагулянтов и флокулянтов. Добавление коагулянтов способствует процессу коагуляции - соединения мелких частиц загрязнения в более крупные. Для положительно заряженных частиц коагулянтами являются анионы, а для отрицательно заряженных – катионы. В качестве коагулянтов используют известковое молоко, соли алюминия, железа, магния, цинка, углекислый газ и др.

Между молекулами флокулянтов и мелкими частицами загрязнений в воде образуются межмолекулярные связи, за счет чего происходит агрегация загрязнений. Этот процесс назван флокуляцией. В качестве флокулянтов используют активную кремниевую кислоту, эфиры, крахмал, целлюлозу, синтетические органические полимеры.

ГИДРОЦИКЛОН

В практике эксплуатации флотаторов нередко необходима предварительная очистка сточных вод от взвешенных частиц и масляной фракции нефтепродуктов. Для этой цели перед флотатором дополнительно включается гидроциклон (рис. 2.2) – устройство, в котором использование инерционного принципа разделения основано на разности плотностей несущей среды (воды), твёрдых частиц и масляных фракций (например, нефтепродуктов). Гидроциклон также может использоваться в оборотных системах водоснабжения, он может являться частью технологического оборудования (например, использоваться в моечной машине очистки моющей жидкости). Загрязненные сточные воды вводятся через патрубок, тангенциально ориентированный по отношению к внутренней поверхности корпуса. Вследствие возникшего закручивания тяжёлые твёрдые частицы отбрасываются во внешний вращающийся слой (к стенкам гидроциклона), где их скорость снижается при трении о корпус, при этом становится эффективным гравитационный механизм осаждения, и твёрдые частицы опускаются по стенкам в шламосборник, откуда по мере накопления периодически удаляются. Напорные гидроциклоны применяют для выделения из воды грубодисперсных минеральных примесей с плотностью 2 – 3 г/см³ (песка, частиц кирпича, шлака) при размерах частиц свыше 0, 05 - 0, 1 мм и гидравлической крупности 2 – 5 мм/с.

Рис. 2.2. Гидроциклон

Масляная фракция, менее плотная, чем вода, напротив, собирается в центральной части вихря, имеющего вращательно-восходящее движение по направлению к выходам. Две концентрически расположенные воронки с разными диаметрами цилиндрических частей вырезают в вихре три слоя. О внешнем слое речь шла выше; два других слоя попадают в соответствующие выходные камеры. Маслянистые продукты направляются на утилизацию (например, сжигание), а очищенная вода 3 поступает на последующую ступень очистки. В верхней части вертикального напорного гидроциклона предусмотрен вентиль (воздушник) 2, обычно закрытый и открываемый лишь при пуске устройства или при наличии в стоке газовых включений.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

Биологическая очистка стоков от органических веществ осуществляется в ряде устройств, выступающих чаще всего последней ступенью осаждения перед сбросом сточных вод в канализацию или повторным их использованием в замкнутой системе водооборота. Биологическая очистка основана на разрушении органических веществ микроорганизмами, среди которых есть одноклеточные (бактерии, плесневые грибы, инфузории и др.).

Рис.2.3 Биологический фильтр

Загрязнённая органическими веществами и лишённая кислорода в технологических процессах вода подаётся по трубопроводу 2 и через насадки 3 равномерно разбрызгивается по всей площади фильтра. Далее вода движется сквозь загрузку из кусков твёрдого материала (шлака, щебня, гравия и др.), на поверхности которого самопроизвольно образуется биологическая плёнка. Разложение органических веществ стока микроорганизмами плёнки протекает достаточно интенсивно благодаря большой удельной поверхности насадки и выбору оптимальных параметров состояния систем таких, как температура, водородный показатель (рН) и содержание кислорода: последний активизирует процессы жизнедеятельности в пленке. Насыщение воды кислородом достигается подачей сжатого воздуха через трубопровод 1 и опорную решетку 5, обеспечивающую равномерную его раздачу по сечению загрузки. Вода, очищенная и аэрированная во встречном взаимодействии с микроорганизмами и воздухом, выводится из фильтра по трубопроводу 6.

При помощи биологических методов из сточных вод могут быть удалены также и фенолы, присутствующие в стоках ШПЗ и ППС. Перед биологической очисткой фенолсодержащие сточные воды предварительно проходят очистку методом озонирования, которым можно очищать стоки, содержащие фенолы в концентрации до 1000 мг/л. Конечными продуктами окисления фенола являются углекислый газ и вода. С увеличение температуры и рН скорость и полнота окисления фенольных соединений значительно возрастают. Дальнейшая биологическая очистка производится на биофильтрах.

Следует подчеркнуть, что биологическая очистка неприменима для стоков, концентрация некоторых веществ в которых превышает предельно допустимую, для биологического процесса. Так, при содержании меди в сточной воде свыше 0, 5 мг/л биохимические процессы замедляются, а при 10 мг/л почти совсем прекращаются. Недопустимо применение биологической очистки для стоков, содержащих тетраэтилсвинец.

Оформление отчета

Отчёт должен включать результаты расчетов заданного варианта и следующие теоретические сведения:

1. Сформулировать понятия: экологический ущерб и платежи при сбросе сточных вод в природный водоем.

2. Указать предприятия и загрязнители водных ресурсов на железнодорожном транспорте.

3. Привести расчетные формулы для вычисления массы сброса ингредиентов загрязнений, а также платежей за сброс сточных вод в водоёмы; указать особенности определения платы за сброс сточных вод в канализацию. Рассчитать платежи за загрязнение сточных вод с использованием исходных данных (табл. 2.3.).

4. Перечислить характерные принципы осаждения примесей из сточных вод. Привести схемы очистных сооружений, кратко опишите их действие.

5. На основании полученных значений платежей сделать вывод о том, от каких ингредиентов в первую очередь следует очищать стоки и какие технические средства необходимо использовать для этого.

Практическая работа № 3 [2]

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒