Экологическая безопасность бессточного водооборотного цикла с обработкой оборотной воды цинк-бихромат-фосфатным ингибитором Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 628.168.3

Г. В. Ушаков

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ БЕССТОЧНОГО ВОДООБОРОТНОГО ЦИКЛА С ОБРАБОТКОЙ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ ЦИНК-БИХРОМАТ-ФОСФАТНЫМ ИНГИБИТОРОМ

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. 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:

У = увод _ Уа

У пр У пр У

где Ув°рд - предотвращенный ущерб гидросфере, достигнутый за счет прекращения сброса оборот-

г, лтатм

ной воды в природный водоем, руб/год; У -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:

т 7-вод _ т 7-вод

пр баз ,

где Ув°д - предотвращенный ущерб, руб/год;

пр

У баз - 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]:

Увод = У;одм:рдак,

где У6в°д — удельный ущерб от сброса в водоем одной условной тонны загрязняющего вещества (443,5 руб/усл.т); М6^ - приведенная масса годового выброса загрязнителей, усл.т/год. ок - безразмерный показатель, учитывающий относительную опасность загрязнения различных водохозяйственных участков.

Приведенная масса годового выброса загрязнителей М^о определяется по формуле:

N

мо = £ аГМфд усл.т/год,

1=1

где N - общее число загрязнителей, сбрасываемых источником; Мф3 - фактическая масса годового

сброса загрязнителя /-го вида, т/год; аво - показатель относительной опасности сброса / -го загрязнителя в водоемы, усл. т/т:

аО = 1/ ПДКр1,

где ПДКр/ - предельно допустимая концентрация / -го вредного вещества в воде водоемов рыбохозяйственного назначения.

Предотвращенный ущерб гидросфере составляет У= 199632,47 руб/год (табл. 1).

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]:

уатм = уатма

атм

Уатм w _

Уд - удельный ущерб от выброса в атмосферу условной тонны загрязняющих веществ; УаудМ = 3,3 руб./усл.т (в ценах 1990 г.); а - безразмерный коэффициент, учитывающий относительную опасность загрязнения атмосферного воздуха над территориями различных типов; f -безразмерная поправка, учитывающая характер

Матм

- приведенная масса

годового выброса примеси i -го вида из источника, усл. т/год; m - общее число видов примесей в

выбросе.

Значение безразмерного коэффициента а находят по формуле:

1 k

а =—lLSJaJ

S,

’ЗАЗ 7=1

где Бзлз - общая площадь зоны активного загрязнения (ЗАЗ); к - общее число типов территорий, попавших в ЗАЗ; ] - тип территории; $. - площадь загрязненной территории ] -го типа; о - -

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 ЩН™Р = 2рН и

внешним диаметром - ЩНШ = 20рН.

Здесь р безразмерная поправка, учитывающая тепловой подъем факела в атмосфере:

р = 1+ АТ/75 = 1 + 15/75 = 1,2,

где АТ - среднегодовая разность температур в устье градирни и охлаждающей атмосфере, оС. Площадь активного загрязнения:

$ а =4К" )2 -{хзг )2 ]=

= 3Д4[(20 • 1,2 • 20)2 - (2 • 1,2 • 20)2] = =22,810104 (м2) = 22,810 га Площадь активного загрязнения не превышает площади промышленного предприятия. Поэтому количество территорий в уравнении безразмерного коэффициента о равно 7=1 , значение $ ■ = , а коэффициент относительной опас-

ности загрязнения атмосферного воздуха над территорией промышленного предприятия о = 4 .

Величина поправки / составляет для газообразных и мелкодисперсных примесей со скоростью оседания 1 см/с < и < 20 см/с:

f =

1000 60 + qH

у/2

4

1 + U

= 3,45

Таблица 1 . Предотвращенный ущерб гидросфере

i=i

Наименование загрязнителя Единицы измерения ПДКрл Мфл т/год Мвод, np.i > усл.т/год Предотвращенный ущерб гидросфере, руб/год

БПК полн. мгО2/дм3 3,0 17,52 5,84 2590,04

азот аммония мг/дм3 0,05 13,14 262,8 116551,80

нитриты мг/дм3 0,08 13,14 164,25 72844,75

нитраты мг/дм3 40,0 262,80 6,57 2913,79

сульфаты мг/дм3 100,0 87,60 0,867 384,51

хлориды мг/дм3 300,0 384,30 1,28 444,78

нефтепродукты мг/дм3 0,05 0,44 8,80 3902,8

Всего руб/год 199632,47

Таблица 2.Показатели относительной опасности а, и поправок а,,АьЛ,, 3, для загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу в результате ингибирования и реагентной обработки оборотной воды

Загряз- нитель а,-, усл. т/т а, А л. в,

Сг6+ 2000,00 5 1 2 1

гп2+ 86,60 3 1 2 1

ЫаРОз 7,74 1 1 1 1

Ка2ВО4 7,74 1 1 1 1

ЫаС1 10,95 1 1 1 1

Таблица 3. Экологический ущерб атмосферному воздуху ВОЦ, работающем в бессточном режиме с обработкой оборотной воды цинк-бихромат____________фосфатным ингибитором______________

Загряз- нитель ^д^ атм т/год А, усл.т/т -»л-атм М пр.і усл.т/год у атм руб/год

С + 0,119 2000,00 2380,00 108385,20

гп2+ 0,455 519,6 263,42 11996,15

ЫаРО3 0,730 7,74 5,65 257,3

Ка2ВО4 33,330 7,74 257,97 11747,95

ЫаС1 5,890 10,95 64,49 2936,87

Всего 135323,47

где и- среднегодовое значение скорости ветра на уровне флюгера; если скорость ветра неизвестна, то принимается и=3 м/с; Н — высота источника выбросов (охлаждающей градирни), м.

Приведенная масса годового выброса примеси

^^датм ^^д^атм

где Матм- масса годового выброса, т; А-

показатель относительной агрессивности загрязняющего вещества, усл. т/т:

Д = а1а181Х1Р1,

где а. - показатель относительной опасности присутствия примеси в воздухе, вдыхаемом человеком; а - поправка, учитывающая накопление примеси и образование вторичных загрязнителей (а = 1^5); 5. - поправка для учита воздействие примеси на другие реципиенты, кроме населения

(5. = 1 ^ 2; Л. - поправка на учет вторичного попадания загрязнителя в атмосферу (для пыли Л. = 1,2); Д - поправка учета возможности образования более токсичных загрязнителей (Д = 1 ^ 5).

Поправка О; вычисляется как:

Г

а =

60

у/2

ПДКССЛ • ПДКр

р.зл J

где ПДКСС ■- среднесуточная предельно-

допустимая концентрация . -го вещества в воздухе населенных пунктов; ПДКр з ■ - предельнодопустимая концентрация . -го загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны, мг/дм3.

Значения ПДК и поправок см. в табл. 2, а экологический ущерб, наносимый атмосфере выбросами компонентов ингибитора из градирни, -в табл. 3. Он составляет 135 тыс. руб/год.

Предотвращенный экологический ущерб окружающей среде, достигнутый в результате перевода ВОЦ на бессточный режим работы, равен

= Увп°д - уат = 199632,47 - 135323,47 = 64309 руб.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Яковлев С.В., Нечаев А.А. Инженерно-экологические проблемы водоснабжения России на пороге ХХШ века. // Инженерная экология. - 1996, № 2. - С. 119-132.

2. Орехов А.И., Вагаутдинова О.Г., Князев Б.И. Предотвращение карбонатных отложений в КХО при беспро-дувочной работе систем оборотного водоснабжения. - Эксплуатация, модернизация и ремонт оборудования в нефтехимической и нефтеперерабат.. промышленности. Научн. техн. реф. сб. / ЦНИИТЭнефтехим, 1975. - № 4. - С. 17-20.

3. 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. политехн. ун-та. - 2007, №2. - С. 144-148.

4. Басова Г.Г., Ушаков А.Г., Елистратов А.В., Ушаков Г.В. Санитарно-гигиенические и технологические аспекты экологической безопасности систем технического водоснабжения. // Вестн. Кузбасского гос. тех. унив., 2009, № 4. - С. 63-66.

5. Временные рекомендации по оценке экологической опасности производственных объектов (утв. Госкомэкологии РФ 15 марта 2000 г.).

6. Фридланд С.В., Ряписова Л.В., Стрельцова Н.Р., Зиятдинов Р.Н. Промышленная экология. Основы инженерных расчетов. - М.: КолосС, 2008. - 176 с.

□ Автор статьи:

Ушаков Геннадий Викторович

- канд. техн. наук, доц. каф. химической технологии твердого топлива и экологии КузГТУ

e-mail ekosys@kuzbass.net