CC BY
45
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 628.1/.2
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
© 2014 г. А.В. Денисова, Н.Н. Паненко, А.Ю. Скрябин, Л.Н. Фесенко
Денисова Анастасия Владимировна - аспирант, ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова.
Паненко Наталья Николаевна - ассистент, кафедра «Химия и прикладная экология», Новочеркасская государственная мелиоративная академия. E-mail: panya-86@mail.ru
Скрябин Александр Юрьевич - канд. техн. наук, генеральный директор, ОАО «ПО Водоканал», г. Ростов-на-Дону.
Фесенко Лев Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Водное хозяйство предприятий и населенных мест», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. Тел. (863) 25-53-34.
Denisova Anastasiya Vladimirovna - post-graduate student, Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI).
Panenko Nataliya Nikolaevna - assistant department «Chemi-syry and Applied Ecology», Novocherkassk State Land Reclamation Academy. E-mail: panya-86@mail.ru
Skryabin Alexander Yurievich - Candidate of Technical Sciences, Director general, OAO PO Vodokanal Rostov-on-Don.
Fesenko Lev Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «water economy of organizations and populated areas», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI). Ph. (863)25-53-34.
Рассмотрена экономическая целесообразность перевода системы водоотведения на гипохлорит натрия (ГХН) вместо привозного жидкого хлора. Применение части вырабатываемого на МУП питьевого водоснабжения раствора ГХН на очистных сооружениях канализации реализует, с одной стороны, экологически безопасную технологию обеззараживания сточных вод, а с другой стороны, для предприятия-донора продажа излишков ГХН может стать дополнительным источником финансирования собственных программ развития.
Ключевые слова: питьевое водоснабжение; водоотведение; хлор; гипохлорит натрия; электролизные установки.
Economic feasibility of the transfer of system of water disposal on sodium (GHN) hypochlorite instead of imported liquid chlorine is considered. The use of a part of drinking water supply of GHN solution developed on municipal unitary enterprise of treatment facilities of the sewerage, sells, on the one hand, ecologically safe technology of disinfecting sewage, and on the other hand, for the donor enterprise, the sale of surplus of GHN can become an additional source offinancing of its own programs of development.
Keywords: drinking water supply; water disposal; chlorine; sodium hypochlorite; electrolysis plant.
В последние 10 лет в системах питьевого водоснабжения городов привозной, экологически опасный хлор довольно быстро вытесняется производимым на месте раствором низкоконцентрированного (0,6 -0,8 %) гипохлорита натрия (ГХН). В дальнейшем раствор ГХН используется там же, где и производится.
Как известно, получают низкоконцентрированный раствор ГХН электролизом 3 %-го водного раствора поваренной соли, желательно содержащей как можно меньше солей кальция и магния; воду, используемую для приготовления раствора, как правило, умягчают. В качестве электродов применяют нанесённые на титановую основу материалы, содержащие оксиды рутения. Последние в процессе эксплуатации проявляют высокую эффективность, но относительно недолговечны, поэтому время от времени вновь на основу приходится наносить активный компонент, т.е. осуществлять процесс перепокрытия электродов. Рас-
ходные коэффициенты сырья и материалов на 1 кг ГХН (по эквиваленту хлора) составляют: поваренной соли - 4,5 кг, воды - 150 л, электроэнергии (только на электролиз, - 4,5 - 5,0 кВт-ч [1].
Приемлемые эксплуатационные показатели, достигнутые при реализации ГХН-технологии обеззараживания питьевой воды, в сочетании с обеспечением её надлежащего качества и существенным снижением социально-экологической опасности процесса водо-подготовки в целом (хлор - вещество 2 класса опасности, а 0,6 - 0,8 %-й ГХН - 4 класса), открывают перспективы применения последнего и в системах водо-отведения. Здесь приоритетным окислителем - дезин-фектантом является жидкий хлор, производимый на химических предприятиях и привозимый оттуда по железной или автомобильной дороге.
Очевидно, что в условиях рыночной экономики при выборе той или иной технологии, того или иного
реагента на первое место выдвигаются экономические критерии. Поэтому нами с использованием данных литературы и собственных исследований рассмотрена экономическая целесообразность перевода системы водоотведения на ГХН вместо привозного жидкого хлора.
В качестве объекта исследования приняты Када-мовские очистные сооружения канализации, расположенные под г. Новочеркасском (Ростовская область), их проектная производительность около 40 тыс. м3/сут, среднегодовая потребность в привозном жидком хлоре ~ 30 т. Реальным прототипом электролизной станции служила установка в г. Шарья, имеющая аналогичные расходы по хлору. Её технико-экономические показатели приведены в работе [2], они учитывались в наших расчётах, но с коэффициентом инфляции для приведения цен на сырьё и реагенты к современным значениям. В табл. 1 приведены результаты расчётов при условии использования привозного жидкого хлора (принята цена с доставкой 40,5 тыс. руб./т). При этом в качестве капитальных затрат учтены только амортизационные отчисления, так как склад жидкого хлора уже был построен ранее.
Как следует из анализа табл. 1, наиболее крупными в перечне расходов были зарплата (30,64 %), оплата жидкого хлора (19,39 %) и обеспечение безопасности (статьи 7 и 8). Последние составили более трети приведённых затрат.
По второму варианту рассчитаны затраты, имеющие место при отказе от жидкого хлора в пользу низкоконцентрированного раствора ГХН, производимого по традиционной технологии на месте. При этом учтены амортизация зданий, где размещается соответствующее оборудование, основного оборудования и т.д. (10 % от общей стоимости); сырьё и реагенты
взяты в ценах 2010 г. с учётом инфляционного коэффициента. Результаты расчётов представлены в табл. 2.
Как следует из анализа табл. 2, наиболее крупными статьями затрат были: зарплата (29,79 %), амортизационные отчисления (23,28 %), стоимость соли, воды, других реагентов и электроэнергии (в сумме составили 15,62 %). При сопоставлении данных табл. 1 и 2 видно, что приведённые затраты на строительство и эксплуатацию электролизной станции несколько выше (2,8 %), чем по варианту с привозным жидким хлором. Это в первую очередь объясняется относительно крупными инвестициями в строительство станции, а также возросшей стоимостью реагентов (прежде всего соли). Укажем при этом, что в наших расчётах не учитывались возможность использования освобождаемых помещений под новый объект - электролизную станцию. Добавим к сказанному, что реализация 2-го варианта позволит резко снизить территорию, отводимую под санитарно-защитную зону. Это, в свою очередь, даст возможность передать (на взаимовыгодных условиях) освободившиеся территории под жилищное или иное строительство.
В качестве 3-го рассматривается вариант, когда предприятие по очистке сточных вод намерено отказаться от привозного жидкого хлора (например, по экологическим соображениям), но не имеет экономических возможностей для строительства собственной электролизной станции. Для этого случая нами рассматривается возможность использования готового к употреблению низкоконцентрированного раствора ГХН, вырабатываемого на расположенном поблизости МУП водоснабжения и имеющем избыточные мощности. Как известно, практически на каждом таком МУП заложено проектом 20 - 30 % резервных мощностей по ГХН.
Таблица 1
Наименование статей Стоимость, тыс. руб. % от расходов
Капитальные затраты
Склад реагента (10 % амортизации) 50 0,8
Эксплуатационные расходы
1. Реагент хлор 1215,0 19,39
2. Электроэнергия [2] 111,5 1,78
3. Отопление [2] 645,2 10,29
4. Реагенты (другие) [2] 46,9 0,75
5. Газоанализаторы, противогазы, воздушно-дыхательные аппараты, костюмы [2] 104,1 1,66
6. Зарплата шести операторов 1920,0 30,64
7. Обеспечение безопасности производства 1066,7 17,02
8. Охрана [2] 1058,6 16,89
9. Табель оснащения [2] 49,2 0,78
Итого эксплуатационных затрат 6217,2 -
Всего приведённых затрат 6267,2 100
В расчёте на 1 кг хлора, руб. 208,91 -
Капитальные вложения и эксплуатационные затраты по 1 варианту (привозной жидкий хлор)
В нашем случае предполагается, что Кадамовские очистные сооружения закупают раствор ГХН у МУП «Водоканал» г. Новочеркасска, отстоящего на расстоянии ~ 12,5 км. В расчётах принята отпускная цена 80 руб. за 1 кг ГХН (в пересчёте на эквивалент хлора), его доставка осуществляется за счёт предприятия-потребителя. Предполагается также, что ёмкость для страхового запаса ГХН (~ 200 м3), который рассчитан на 15 сут. непрерывного потребления, размещается на старой площадке. Приёмная ёмкость для подвозимого раствора (объёмом не более 30 м3) в холодное время года должна обогреваться или располагаться в отапливаемом помещении во избежание замерзания раствора (при температурах ниже -1 оС).
Очевидно, что капитальные вложения резко сокращаются: исключаются затраты на поставку, монтаж и наладку электролизной станции со вспомогательным оборудованием и приборами, сокращается число насосов и вентиляторов. Часть оборудования, в том числе насосы, дозаторы и ёмкости могут быть использованы после демонтажа прежней хлорной установки. Таким образом, основным оборудованием для модернизированного узла химико-биоцидной обработки воды становятся 3 ёмкости: приёмная, для рабочего (0,7 %) раствора ГХН с дозатором и ёмкость для страхового запаса последнего. В соответствии с
вышеизложенным, капитальные вложения существенно снижаются, они приняты в размере 2,0 млн руб.
К эксплуатационным затратам следует, очевидно, добавить расходы на перевозку раствора ГХН. В соответствии с методикой расчёта и существующими ценами на автомобиль-цистерну, топливо, амортизационными расходами, арендной платой за гараж и другими платежами [3], ежегодные затраты по статье «транспортирование раствора» (расчётное число рейсов составляет 233) всего определены в сумму 293, 6 тыс. руб. Из-за снижения уровня технологической опасности объекта появляется возможность уменьшения затрат на противогазы, ВД и защитные костюмы. Число операторов снижается до 3 (по одному в смену). Спецохрана снимается, остаётся общая для предприятия (вахтёр). Результаты выполненных расчётов приведены в табл. 3.
Из анализа данных табл. 3 следует, что наибольшими статьями расходов после закупки раствора и его транспортирования (в сумме 62,79 %) являются зарплата трех операторов (16,79 %) и отопление (9,32 %). Затраты на электроэнергию существенно снижаются, так как насосы эксплуатируются периодически (при доставке раствора ГХН, последующей перекачке в рабочую ёмкость и пополнении страхового запаса).
Таблица 2
Капитальные вложения и эксплуатационные затраты (2 вариант - раствор ГХН, потребление на месте)
Наименование статей Стоимость, тыс. руб. Доля в приведённых затратах, %
Капитальные вложения*
1. Поставка, монтаж, наладка, насосы и вентиляция в комплекте 13668,0 -
2. Подготовка зданий для монтажа 938,0 -
3. Проектные работы 402,0 -
Итого капитальных вложений (10 % амортизации) 1500,80 23,28
Эксплуатационные расходы
1. Соль (5 руб./ кг) 675,0 10,47
2. Вода подготовленная 21,8 0,34
3. Электроэнергия (2 руб./(кВт-ч)) 270,0 4,19
4. Отопление 800,0 12,41
5. Реагенты 39,9 0,62
6. Газоанализаторы, противогазы, ВДА, костюмы [2] 104,1 1,61
7. Зарплата шести операторов** 1920,0 29,79
8. Перепокрытие электродов [2] 536,0 8,32
9. Сервисное обслуживание оборудования [2] 201,0 3,12
10. Охрана ночная и вахтёр 376,9 5,85
Итого эксплуатационных затрат 4944,7 -
Всего приведённых затрат 6445,5 100
В расчёте на 1 кг ГХН, руб. 214,85 -
Примечание: 'учитывается амортизация (10 %); "вместо двух операторов (по [2]) принято 6 для обеспечения круглосуточной работы установки.
Таблица 3
Капитальные вложения и эксплуатационные затраты по 3 варианту (привозной раствор ГХН)
Наименование статей Стоимость, тыс. руб. Доля в приведённых затратах, %
Капитальные вложения
1. Изготовка ёмкостей, их установка; дозаторы ГХН, насосы 2000,0 -
2. Амортизационные отчисления (10 %) 200,0 -
Итого капитальных вложений 200,0 4,66
Эксплуатационные расходы
1. Приобретение раствора ГХН (30 т по 80 руб./кг) 2400,0 55,95
2. Транспортирование раствора ГХН 293,6 6,84
3. Электроэнергия (насосы, освещение) 50,0 1,17
4. Газоанализаторы, противогазы, ВДА, костюмы 26,1 0,61
5. Зарплата трех операторов 720,0 16,79
6. Охрана (вахтёр) 200,0 4,66
7. Отопление (приёмная ёмкость) 400,0 9,32
Итого эксплуатационных затрат 4089,7 -
Всего приведённых затрат: а)всего б) на 1 кг ГХН 4289,7 136,32 100
Таблица 4
Экономическая оценка различных вариантов биоцидной обработки воды
Статьи расходов Жидкий хлор привозной (вариант № 1) ГХН, вырабатываемый на месте (вариант № 2) ГХН (0,7 %) привозной (вариант № 3)
Капитальные вложения* 50,0 1501,0 200,0
Эксплуатационные затраты 6217,2 4944,7 4089,7
Приведённые затраты 6267,2 6445,5 4289,7
Стоимость использования 1 кг активного хлора 208,91 214,85 136,32
Удельная стоимость обработки 1 м3 воды, руб. (производительность 40 м3/сут) 0,43 0,44 0,29
Примечание: 'амортизационные отчисления.
В табл. 4 приведены результаты сопоставления различных вариантов обеззараживания сточных вод.
Как следует из анализа данных табл. 4, из трех рассмотренных вариантов наиболее предпочтительным (в рамках принятых ограничений) оказался тот, который предусматривает использование привозного низкоконцентрированного ГХН, произведённого на МУП «Водоканал»: он способствует ежегодному снижению приведённых затрат на 1977 тыс. руб. по сравнению с привозным жидким хлором (вариант № 1) и на 2155 тыс. руб. в сопоставлении с произведённым на месте потребления электролитическим ГХН (вари-
ант № 2). Как следствие, почти на 35 % снижаются удельные затраты на обработку 1 м3 сточной воды.
В то же время следует отметить, что приведённые затраты по варианту № 3 в основном зависят от стоимости поставляемого раствора ГХН. Поскольку этот показатель может изменяться вследствие изменения стоимости сырья, энергии, зарплаты, инфляции, представляется целесообразным оценить динамику изменения приведённых затрат в зависимости от колебания цены приобретаемого ГХН. Соответствующие расчёты представлены в табл. 5, при этом были использованы данные табл. 3.
Как следует из сопоставления данных табл. 4 и 5, использование привозного электролизного ГХН обеспечивает меньшие приведённые затраты по сравнению с привозным жидким хлором вплоть до стоимости покупки ГХН 140 руб./кг и 150 руб./кг по сравнению с электролизным ГХН, вырабатываемым на месте.
Таблица 5
Влияние стоимости покупки привозного 0,7 %-го ГХН на приведённые затраты при его использовании (30 т/год)
Стоимость ГХН, руб./кг Приведённые затраты
Общие, тыс. руб. Удельные, руб./кг
40 3089,7 102,99
60 3689,7 122,99
80 4289,7 136,32
100 4889,7 162,99
120 5489,7 182,99
140 6089,7 202,99
150 6389,7 212,99
Таким образом, можно сделать вывод об экономической целесообразности использования части вырабатываемого на МУП питьевого водоснабжения
Поступила в редакцию
раствора ГХН на очистных сооружениях канализации, особенно расположенных поблизости. Это обеспечит ускоренный перевод последних на перспективную и в то же время экологически безопасную технологию обеззараживания сточных вод. С другой стороны, для предприятия-донора продажа (причём по немалой цене) излишков ГХН может стать дополнительным источником финансирования собственных программ развития.
Литература
1. Фесенко Л.Н., Денисов В.В., Скрябин А.Ю. Дезинфектант воды - гипохлорит натрия: производство и применение, экономика и экология / под ред. В.В. Денисова. Ростов н/Д., 2012. 246 с.
2. Видер Б.Л., Иткин Г.Е., Климов М.В. Электролизные установки НПК «Эколог» - результаты и перспективы // Технологии очистки воды «Техновод - 2008»: материалы IV междунар. науч.-техн. конф. (г. Калуга 26-29 февраля 2008 г.) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2008. С. 252 - 255.
3. Денисова И.А., Стрежкова М.А. Диверсификация предприятия водоснабжения: повышение экологической безопасности и экономической эффективности: монография. Новочеркасск, 2011. 119 с.
20 января 2014 г.
