CC BY
38РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ДОСТИЖЕНИЕМ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ПРИМЕНЯЕМЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Обуздина М.В.
Иркутский государственный университет путей сообщения,
к.т.н., доцент, г. Иркутск, Россия Руш Е.А.
Иркутский государственный университет путей сообщения,
д.т.н., профессор, г. Иркутск, Россия
CALCULATION OF ECOLOGICAL AND ECONOMIC EFFECT WHEN USING SORPTION MATERIALS BASED ON MODIFIED ZEOLITES FOR WASTE WATER PURIFICATION
Obuzdina M.,
Federal Agency of Railway Transport, Irkutsk State Transport University, candidate of technical science, assistant professor, Irkutsk city, Russia
Rush E.
Federal Agency of Railway Transport, Irkutsk State Transport University, doctor of technical sciences, professor, Irkutsk city, Russia
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрена проблема накопления хлорорганических отходов и их влияния на окружающую среду и человека. Рассмотрены возможные варианты утилизации хлорорганических отходов. Отходы производства эпихлоргидрина, основным компонентов которого является 1,2,3 - трихлорпропан, могут быть использованы при создании сорбционных материалов, эффективных по отношению к ионам тяжелых металлов. Проанализированы существующие технологии создания серосодержащих сорбентов, содержащих в том числе хлорорганические отходы. В качестве новой матрицы для нанесения серосодержащего полимера, содержащего отходы производства эпихлоргидрина, предлагаются цеолиты клиноптилолитового типа Холинского месторождения. Также для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов предлагается использовать природные цеолиты, модифицированные высококремнеорганиче-скими соединениями ГМДС [(CH3)3Si-]2NH и ТЭОС (C2H5O)4Si. Представлены результаты расчета эко-лого-экономической эффективности применения предлагаемого сорбционного материалы при очистке промышленных сточных вод. Рассчитана величина предотвращенного ущерба водным ресурсам.
ABSTRACT
The article presents the problem of the accumulation of organochlorine wastes and their impact on the environment and humans. Possible options for the disposal of organochlorine waste are considered. Waste from the production of epichlorohydrin, the main component of which is 1,2,3 - trichloropropane, can be used to create sorption materials effective in relation to heavy metal ions. The existing technologies for the creation of sulfur-containing sorbents, including organochlorine wastes, have been analyzed. Zeolites of the klinoptilolite type of the Holinsky deposit are proposed as a new matrix for the deposition of a sulfur-containing polymer containing waste from the production of epichlorohydrin. Also, for the purification of wastewater from ions of heavy metals and oil products, it is proposed to use natural zeolites modified with high-silicon organic compounds HMDS [(CH3)3Si-]2NH and TEOS (C2H5O)4Si. The results of calculating the ecological and economic efficiency of using the proposed sorption wastewater are presented. The amount of prevented damage to water resources is calculated.
Ключевые слова: хлорорганические отходы, эпихлоргидрин, цеолиты, сорбция, сточные воды, модификация, серный полимер, ионы тяжелых металлов, предотвращенный ущерб, экономический эффект.
Keywords: organochlorine waste, epichlorohydrin, zeolites, sorption, wastewater, modification, sulfur polymer, heavy metal ions, prevented damage, economic effect.
Постановка проблемы
Ионы тяжелых металлов и нефтепродукты являются основными компонентами сточных вод, которые образуются на предприятиях химической и нефтехимической отраслей промышленности, железнодорожного транспорта, машиностроительного и металлургического комплексов.
Снижение уровня техногенного воздействия на водную среду является одной из приоритетных задач обеспечения экологической безопасности.
Решение этой задачи требует применения надежных, современных методов исследований и оценки состояния природной среды, уровней техногенной нагрузки, современной методологии эффективного прогнозирования изменения геэкологической обстановки и разработки технологий очистки сточных вод от тяжелых металлов и нефтепродуктов [1] Адсорбция как метод очистки сточных вод является наиболее эффективным, позволяющим до-
стичь 98-99,5% по степени очистки и, соответственно, остаточных концентраций загрязняющих веществ в очищаемых сточных водах до нормативных значений [2]. Сорбционный метод позволяет удалять загрязняющие вещества различного происхождения, при этом минуя образование вторичных загрязнений [3].
Исследованиям по адсорбционной очистке сточных вод от ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов посвящено большое количество работ, однако актуальным остается поиск более дешевых и эффективных адсорбционных материалов. В связи с принятием правительством РФ «Стратегии развития промышленности по переработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства на период до 2030 года» вовлечение отходов в изготовление новых адсорбционных материалов имеет большое научное и практическое значение.
Хлорорганические отходы, такие как эпихлор-гидрин, обладают кумулятивными, канцерогенными и мутагенными свойствами по отношению к человеку за счет активности хлора. Кроме того, они негативно влияют на всю окружающую среду, разрушая экосистемы путем снижению генофонда, нарушения экологического равновесия, деградации флоры и фауны.
Эпихлоргидрин является основным мономером при получении эпоксидных смол, а также сырьем в синтезе глицерина, хлоргидриновых каучу-ков и ряда других продуктов органического синтеза. В промышленности его получают из пропилена в три химические стадии: хлорирование, хлоргидрирование хлористого аллила и щелочное дегидрохлорирование с замыканием эпоксидного кольца. Каждая из стадий сопровождается побочными реакциями, которые приводят к образованию 0,5 тонн побочных хлорорганических продуктов на 1 тонну целевого эпихлоргидрина [4].
Отходы его производства представлены более чем 40 различными компонентами, многие из которых не идентифицированы. К известным побочным продуктам относятся 2,2 - дихлорпропан; 1,2- ди-хлорпропан; 1,3- дихлорпропен; 1,2,3-трихлорпро-пан; дихлорпропанолы; хлорэфиры. При этом основным компонентом является 1,2,3-трихлорпро-пан [5].
Люди могут подвергаться воздействию 1,2,3 -трихлорпропана при вдыхании его паров или при контакте с кожей и проглатывании. Он является канцерогеном для человека, и обширные исследования на животных показали, что он вызывает рак. Кратковременное воздействие 1,2,3-трихлорпро-пана может вызвать раздражение горла и глаз, а также повлиять на координацию и концентрацию мышц. Длительное воздействие может повлиять на массу тела и функцию почек. Таким образом вопрос утилизации хлорорганических отходов является важной экологической задачей.
Анализ последних исследований и публикаций
Существует ряд способов по переработке и обезвреживанию хлорорганических отходов. Од-
нако некоторые методы имеют ряд серьезных недостатков. Основными методами утилизации хлорор-ганических отходов являются:
1. Метод термического сжигания, но на сегодняшний день этот метод не пригоден, т.к. при его проведении образуются такие высокотоксичные продукты как хлор, оксид азота, фосген и диоксины. Кроме того, термическое сжигание требует большого расхода топлива, вызывает потерю углеводородного сырья, выделение в окружающую среду диоксида углерода и быстрый износ оборудования [6];
2. Метод обезвреживания токсичных отходов в разбавленных газах практически малоэффективен и имеет те же самые недостатки, что и метод термического сжигания [7];
3. Метод каталитического сжигания лишен недостатков метода термического сжигания. Однако основными недостатками данного метода являются необратимая потеря сырья при его реализации, что нельзя рассматривать как малоотходную технологию. Круг объектов, для которых возможно применение этого метода утилизации остается очень узким, несмотря на прогресс в разработке новых каталитических систем для процессов сжигания [8];
4. Метод каталитического окисления - один из перспективных методов переработки отходов хлоруглеводородов, но это и один из малорентабельных методов, так как требует дополнительного и дорогостоящего оборудования, сырья и при этом нужно выдерживать строгое соотношение количества водорода и хлора, т.е. метод требует доработки [9];
5. Метод переработки хлорорганических отходов гидрированием, тоже является перспективным, но он не апробирован и предлагается в литературе только как теоретический [10];
6. Одним из неопробированных на практике методов, но перспективным является также метод гидрогенолиза (гидродегалогенирование) [11];
7. Процесс полного хлоролиза указанных отходов с получением в качестве основного продукта четыреххлористого углерода уже не представляется актуальным, так как главным потребителем продукта 004 являлось производство фреонов. В настоящее время их применение минимизировано.
Поэтому, поиск новых способов утилизации хлорорганических отходов производства эпихлор-гидрина представляется актуальной экологической задачей. Одним из путей решения данной проблемы является переработка хлорорганических соединений в серосодержащие продукт.
Серосодержащие полимерные материалы подобно низкомолекулярным сероорганическим соединениям способны к комплексообразованию с ионами тяжелых металлов, поэтому на их основе могут быть получены сорбенты, которые могут быть использованы для очистки сточных вод.
Известны [12] серосодержащие полимерные сорбенты, проявляющие высокую емкость по отношению к ионам ртути, меди и серебра, которые получены отверждением олигомера эпихлоргидрина с
аммиаком и полисульфидами щелочных металлов. Авторами [13] предложен способ получения серосодержащего сорбента путем поликонденсации 1,2,3-трихлорпропана с ди-, три- и тетрасульфи-дами натрия при одновременном добавлении в реакционную смесь тиомочевины (4-50%) и лигнина (10-20%) при 60°С.
В исследованиях [14] рассмотрен способ получения серосодержащего сорбента для очистки сточных вод от ионов цинка путем поликонденсации хлорорганических отходов производства эпихлор-гидрина с полисульфидом натрия на поверхности золошлаковых частиц ТЭЦ в системе водный гидразин - щелочь. Известен [15] способ получения сорбента, получаемого из отходов производства эпихлоргидрина, при котором отходы подают на поликонденсацию с полисульфидом натрия Na2Sn (п=3 -4) в присутствии частиц нефтекокса.
Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы
Производимые в промышленности серосодержащие полимеры - тиоколы являются каучуковыми материалами, а специально получаемые твердые полимеры достаточно дороги (полиарилен-сульфиды) [16]. В связи с этим постоянно ведется поиск твердых серосодержащих полимеров, которые могут быть использованы в качестве сорбентов тяжелых металлов. Вместе с тем, для получения твердых серосодержащих полимеров могут быть использованы отходы хлорорганических производств, в частности, отходы производства эпихлор-гидрина [17].
В экспериментальных исследованиях адсорбции ионов тяжелых металлов нами использовался опытный образец, полученный из природного цеолита клиноптилолитового типа путем модификации его поверхности серосодержащим сетчатым полимером, получаемым из отходов производства эпихлоргидрина, основным компонентом которого является 1,2,3 - трихлорпропан. Результатом нанесения серосодержащей сетки полимера является не только гидрофобизация поверхности цеолита, но и появление в его составе атомов серы, что способствует увеличению избирательной способности к ионам тяжелых металлов [18].
Также нами проводились исследования по гид-рофобизации поверхности цеолита Холинского месторождения Забайкальского края высококремне-органическими соединениями ГМДС[(СН3^ь ЬЖ и ТЭ0С(С2H50)4Si с целью создания сорбци-онных материалов, эффективных под отношению к нефтепродуктам и ионам тяжелых металлов [19].
Кроме того, при загрузке трехслойного сорб-ционного фильтра в одном из слоев предлагается использовать цеолит, модифицированный при 350 °С. При температуре 350 °С происходит удаление воды, координационно-связанной с обменными катионами и кислородным каркасом, а также высвобождением микрокапилляров, что и приводит к увеличению поверхности адсорбции.
Сорбция нефтепродуктов на цеолите, модифицированном ТЭОС протекает по смешанному механизму: в первичный момент времени преобладает физическая адсорбция за счет Ван-дер-ваальсовых сил, но одновременно с этим может протекать и процесс внедрения молекул загрязняющих веществ через входные окна цеолита. В процессе адсорбции №2+ и 2п2+ на цеолите, модифицированном ГМДС, реализуется два механизма: ионообменный и до-норно-акцепторный. Извлечение ионов никеля, цинка и меди из сточных вод на цеолите, модифицированным серным полимером, протекает по комплексно-координационному механизму.
По результатам комплексных физико-химических исследований с применением методов ИК-спектроскопии и энергодисперсионного анализа доказана высокая адсорбционная активность предлагаемых материалов по отношению к нефтепродуктам и ионам тяжелых металлов [20, 21].
Цель статьи. В статье представлен расчет экологического и экономического эффекта при использовании сорбционных материалов на основе модифицированных цеолитов для очистки сточных вод.
Изложение основного материала.
Расчет себестоимости предлагаемых сорбци-онных материалов на основе природных цеолитах клиноптиллолитового типа, модифицированных ГМДС, ТЭОС и серным полимером, позволяет произвести сравнение экономический показателей полученных сорбентов с имеющимися на рынке аналогами.
Основные результаты расчетов затрат на материалы для производства 1 кг сорбента, модифицированного при температуре 350 °С представлен в таблице 1; высококремнеорганическими соединениями - в таблице 2., для модификации серным полимеров - в таблице 3. При производстве предполагается многократное использование растворителей, что учтено при расчете себестоимости получаемых сорбентов.
Затраты на электроэнергию при производстве цеолита, модифицированного при 350 °С:
Э = N • Т • э (1)
где: N - мощность электрооборудования; Т-время работы; э - стоимость 1 кВт/час электроэнергии).
Предварительная оценка с имеющимся на рынке сорбционными материалами позволила установить конкурентоспособность предлагаемых сорбентов (см. таблицу 4). Общий объем рынка сорбентов насчитывает более 160 наименований, общая отгрузка продуктов в год достигает свыше 2500 тонн сорбционных материалов. Темпы роста данного сегмента рынка оцениваются более, чем в 10% в год.
Таблица 1
Расчет затрат на материалы для производства 1 кг цеолита, модифицированного при 350 °С
Наименование материала Количество Стоимость, руб.
Цеолитсодержащие туфы Холинского месторождения 1 кг 60
Затраты на электроэнергию: 22,14
- Мощность муфельной печи 9 кВт
- Время работы 2 часа
- Электроэнергия 1 кВт/час 1,23
Цеолит, модифицированный при 350 °С 1 кг 82,14
Таблица 2
Расчет затрат на материалы для производства 1 кг цеолита, модифицированного высококремнеорганиче-_скими соединениями_
Наименование материала Ед. изм. Расход на 1 кг продукта Цена руб/кг (л) Стоимость, руб.
Цеолитсодержащие туфы кг 0,99 60 59,4
ТЭОС кг 0,01 800 8,0
ГМДС 0,01 988 9,88
Толуол л 0,99 48 47,52
Цеолит, модифицированный. ТЭОС Цеолит, модифицированный. ГМДС 114,92 116,8
Экологическая эффективность применения цеолитсодержащего сорбента для доочистки промышленных сточных вод предприятий обусловлена надежностью применения такого метода с точки зрения обеспечения качества очищенного стока. Экономический эффект достигается за счет исключения забора водопроводной воды из городской
сети для системы технического водоснабжения и отсутствием сброса сточных вод в городскую канализацию. Поэтому представляется возможным рассчитать экономическую эффективность проведения водоохранных мероприятий.
Таблица 3
Расчет затрат на для производства 1 кг цеолита, модифицированного серным полимером
Наименование материала Ед. изм. Расход Цена Стоимость,
продукта руб/кг (л) руб.
Цеолитсодержащие туфы кг 0,020 60 1,2
Гидразингидрат кг 0,0315 280 8,82
Моноэталонамин кг 0,00128 170 0,22
Сера кг 0,004 13 0,05
Ацетон кг 0,02 45 0,9
1,2,3 трихлорпропан кг 0,0062 0 0
на 23,5 гр сорбента 11,19
на 1 кг сорбента 476,2
Итого с учетом регенерации растворителей 190,5
Таблица 4
Сравнение по стоимости предлагаемых сорбентов с мировыми аналогами_
Сорбционный материал Внешний вид Цена руб./кг
цеолит, модифицированный ТЭОС гранулы 114,92
цеолит, модифицированный ГМДС гранулы 116,6
цеолит, модифицированный серным полимером гранулы 190,5
Активированный коксовый уголь марки AHPV порошок 355
Активированный коксовый уголь марки AHPW-PromKarb порошок 340
Активированный уголь марки АГ-3 гранулы 203
Активированный коксовый уголь марки БАУ гранулы 150
Эквосорб-Л крошка 320
Предотвращенный экологический ущерб от загрязнения окружающей среды представляет собой оценку в денежной форме возможных отрицательных последствий, которые не удалось не допустить
в результате проведения природоохранных мероприятий. Экономическая оценка предотвращенного экологического ущерба осуществляется по конкретному направлению деятельности за отчетный
8с1спсс8 of Бигоре # 66, (2021)
51
период времени на основе нормативных стоимостных показателей с учетом различных факторов.
В данном конкретном случае к основным факторам, влияющим на величину предотвращенного экологического ущерба, относится масса загрязняющих веществ, не допущенных к сбросу в водные объекты в результате природоохранной работы, проведенной на объекте исследований.
Оценка величины предотвращенного экологического ущерба от загрязнения водных ресурсов проводится на основе региональных показателей удельного ущерба, представляющих собой удельные стоимостные оценки ущерба на единицу (1 условную тонну) приведенной массы загрязняющих веществ, по всем направлениям деятельности природоохранных органов. Расчет величины предотвращенного экологического ущерба производится по формуле:
У,
У=1
в
Уд
АМ • КВ • 3
Э
Д
(2)
где:
АМ = Мп - Мп : М,-1 М,.
(3)
бассейнам основных рек; 1д- индекс-дефлятор по отраслям промышленности, устанавливаемый Минэкономразвития РФ на рассматриваемый период и доводимый Госкомэкологии РФ до территориальных природоохранных органов, на 2019 г. Jд = 5,9.
Приведенная масса загрязняющих веществ для конкретного объекта рассчитывается по следующей формуле:
п
м = 1
т.
Л,.
(4)
г=1
УВ
где: ^ пр - предотвращаемый экологический
ущерб водным ресурсам в рассматриваемом г - ом регионе, в результате осуществления п-го направления природоохранной деятельности, тыс. руб;
Vе
У уд - показатель удельного ущерба (цены загрязнения) водным ресурсам, наносимого единицей (условная тонна) приведенной массы загрязняющих веществ на конец отчетного периода для j-го водного объекта в рассматриваемом г - ом регионе, руб/усл. тонну.
Приведенная масса загрязняющих веществ, не поступивших (не допущенных к сбросу) в j-ый водный источник в результате осуществления п-го направления рассчитывается по формуле:
}1, х У 2 - массы j-го загрязняющего
вещества до и после проведения природоохранного мероприятия; j - номер загрязняющих веществ или группы веществ; п - количество учитываемых загрязняющих веществ или группы веществ; КЭ -
коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по
Таблица 5
Величина ПДК загрязняющих веществ для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение
где: А 1 - показатель относительной опасности 1-го загрязняющего вещества в водоемы, усл.т./т; i - вид загрязняющего вещества или группы веществ; п- количество учитываемых загрязняющих веществ, сбрасываемым источником.
Общая масса годового сброса ьго загрязняющего вещества рассматриваемым источником (т/год) рассчитывается по формуле:
т = Сг • V, (5)
где: С1 - фактическая концентрация ьго загрязняющего вещества в сточных водах, г/м3; У1 - объем годового сброса сточных вод от рассматриваемого источника, м3/год.
В каче стве основы для расчетов приведенной массы загрязнений используют утвержденные значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в воде водоемов рыбохозяй-ственного значения. С помощью ПДК определяются коэффициенты эколого-экономической опасности загрязняющих веществ, как величина, обратная ПДК:
1
Л, =--(6)
г ПДКрх, К)
Учитывая огромное количество поступающих в водные объекты видов загрязняющих веществ, для упрощения расчета коэффициентов относительной эколого-экономической опасности загрязнения группируются по классам опасности и признаку близких значений предельно-допустимых концентраций рыбохозяйственного значения ПДКрх. Коэффициенты относительной эколого -экономической опасности загрязняющих веществ приведены в таблице 5.
№ Показатели качества сточных вод ПДК, мг/л А 1
1 Взвешенные вещества 60,0 0,15
2 Нефтепродукты 0,05 20
3 Никель (№) 0,02 90
4 Железо ^е) 0,5 1,0
5 Хром (Сг+3) (Сг +6) 0.3 -0,05 5000
6 Цинк (2п) 0,07 90
7 Медь (Си) 0,008 550
п
52
ЗаепсеБ of Еигоре # 66, (2021)
Поскольку мероприятия по очистке сточных вод активированным цеолитсодержащим адсорбентом проводились на предприятии железнодорожного транспорта, значение показателя удельного ущерба принято равным 5323,8 руб/усл.т. Коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по бассейну реки Ангара (Восточная Сибирь) составляет 1,8-1,85.
Суммарный предотвращенный экологический ущерб, полученный в результате проведения природоохранных мероприятий на предприятии железнодорожного транспорта составил 19,571 млн.
руб./год (таблица 6). Фактические концентрации загрязняющих веществ указаны после стадии флотационной очистки сточных вод.
Экологическую эффективность применения активированного цеолитсодержащего адсорбента для доочистки промышленных сточных вод можно рассчитать, исходя их того, что качество очистки удовлетворяет требованиям использования очищенной сточной воды в технологических процессах и применением оборотной системы водоиспользо-вания, когда практически будет исключен забор воды хозяйственно-бытового назначения и сократится сброс сточных вод в городской канализационный коллектор.
Таблица 6
Расчет величины предотвращенного экологического ущерба в результате проведения природоохранных мероприятий на предприятии железнодорожного транспорта при сбросе сточных вод в количестве 614
тыс. м3/год.
а а ш1 ш1 Мi нач Мi кон ДМ
№ Загрязняющее вещество нач. г/м3 кон. г/м3 нач. т/год кон, т/год усл. т/год усл. т/год усл. т/год
1 Взвешенные вещества 71 52 43,594 31,928 6,5391 4,7892 1,7499
2 Нефтепродукты 15 0,052 9,21 0,0319 184,2 0,6386 183,56
3 Железо 0,7 0,5 0,4298 0,307 0,4298 0,307 0,1228
4 Медь (СЬ) 0,01 0,004 0,0061 0,0025 3,377 1,3508 2,0262
5 Хром ^г+3) 0,33 0,3 0,2026 0,1842 1013,1 921 92,1
6 Хром (Сг +6) 0,07 0,05 0,043 0,0307 214,9 153,5 61,4
7 Цинк 0,10 0,006 0,0614 0,0037 5,526 0,3316 5,1944
Итого 346,155
Предотвращенный экологический ущерб:
УВпр = 5323,8 • 346,155 • 1,8 • 5,9 = 19,571млн. руб
Исходные данные для расчета экономической эффективности предлагаемой технологии приведены в таблице 9. Затраты на реконструкцию очистных сооружений представлены в таблице 7, с учетом того, что необходимо заменить загрузку в уже существующих адсорберах, в которых до этого использовался активированный уголь, а также закупить оборудование для модификации цеолита. Расчет эксплуатационных затрат при производстве сорбционных материалов представлен в таблице 8.
Заработная плата одного оператора за 1 час рассчитывается в соответствии с тарифом 65 руб./час, с учетом премии в 40%. Для рассматриваемых технологических операций требуется два оператора. При этом принимаются районный коэффициент 30% и северный коэффициент 30%. Приблизительное количество часов работы составляет около 2000. Т.о. затраты на работу двух операторов составят:
2000 часов/год • 65 руб./час • 1,4 • 1,6 = 582 400. руб./год
Таблица 7
Затраты на реконструкцию очистных сооружений
№ п/п Характеристики Количеств шт. Стоимость, руб. Общая стоимость, руб.
1 Бункеры для сбора и охлаждения 5 шт. 10 000 50 000
2 Шаровая мельница 1 шт. 55 000 55 000
3 Грохот (сито) 1 шт. 90 000 90 000
4 Смеситель с нагревательной рубашкой и мешалкой 1 шт. 550 000 500 000
5 Сушильная камера 1 шт. 62 000 62 000
6 Муфельная печь 1 шт. 570 000 570 000
7 Дозаторы 4 шт. 11 000 44 000
Итого 1 371 000
8 Проектные работы 7% 95 970
9 Доставка цеолита с месторождения 2% 27 420
10 Доставка оборудования 5% 68 550
11 Монтажные и пусконаладочные работы 25% 342 750
12 Непредвиденные расходы 3% 41 130
Итоговая стоимость затрат 1 946 820
8аепсев of Еигоре # 66, (2021)
53
Подсчитаем годовую экономию финансовых затрат в результате проведенных водоохранных мероприятий.
Годовая экономия за счет отмены покупки воды хозяйственно-бытового назначения для технологических нужд депо составит:
Эт = Ст • Я (7)
Эт= 14,5^109500 = 1 587 750 руб./ год = 1,588 млн. руб./год
Таблица 8
Эксплуатационные затраты на производство сорбционных материалов в количестве 3120 кг в год
Характеристики Требуемое количество Стоимость, руб/ ед. Стоимость, руб/год.
1 слой - Природный цеолит (5,95%) 185,64 кг 60 руб./кг 11 138
2 слой - цеолит, модифицированный при 350° С (2,38%) 7,43 кг 82,14 руб./кг 610
2 слой - цеолит, модифицированный ГМДС (2,38%) 7,43 кг 116,8 руб./кг 868
3 слой - цеолит, модифицированный ГМДС (89,29%) 2919,5 кг 116,8 руб./кг 340 998
Заработная плата оператора 2 человека 145,6 руб./ч 582 400
Энергозатраты 20 кВт^24 часа •365 дней 1,23 215 496
Выгрузка сорбента 6 раз 800 4800
Итого 1 156310
Таблица 9
Исходные данные для расчета экономической эффективности новой технологии_
Характеристики Единица измерения Показатели
Стоимость реконструкции очистных сооружений, К Руб. 1 946 820
Стоимость эксплуатационных затрат, С руб/год 1 156 310
Производительность очистных сооружений м3/сут 300,0
Производительность очистных сооружений в год (365 рабочих дней), Q м3/год 109 500
Стоимость сброса 1 м3 очищенной сточной воды в городской коллектор, Сст = С^ руб/м3 12,62
Стоимость 1 м3 водопроводной воды, получаемой из городского водопровода, Ст руб/м3 14,45
С другой стороны, данная вода не будет сбрасываться в городской коллектор, что дает годовую экономию в размере:
Эст = Сст • Я (8)
Эст = 12,62^109500 = 1 381 890 руб./ год = 1, 382 млн. руб./год
Общая экономия составит:
Д = Эт + Эст (9)
Д = 1, 588+1, 382= 2,97 млн. руб./год
Общий экономический эффект:
Р = П + Д (10)
Р = 19,571 +2,97 = 22,541 млн. руб/ год.
Приведенные затраты составляют:
З = С + 0,12 • К (11)
З = 1, 156+0,12* 1, 946 = 1,389 млн. руб/год.
Таким образом, чистый экономический эффект от использования в результате реконструкции очистных сооружений с учетом предотвращенного ущерба, составляет:
Я = Р - З (12)
Я = 22,541-1,389 = 21,152 млн. руб./год.
Окупаемость использования предлагаемой технологии составит:
Т
к Я
(13)
Следует отметить, что в расчете экономии затрат не учитывались штрафные санкции, налагаемые на предприятие при внезапных проверках контролирующими природоохранными организациями.
Выводы и предложения. Таким образом, по результатам экспериментальных и теоретических исследований доказано, что природные цеолиты клиноптилолитового типа месторождения Восточного Забайкалья, модифицированные ГМДС; ТЭОС; серным полимером, получаемым из отходов производства эпихлоргидрина, целесообразно использовать в качестве фильтрующих загрузок в адсорбционных фильтрах. Доказана экологическая целесообразность реализации комплексной технологии, предусматривающей получение новых сорбентов на основе модификации природных цеолитов (клиноптилолитового типа) месторождения Забайкалья, применение их в процессах очистки сточных вод от №2+, 2п2+ и Си2+, обеспечивающих нормативные показатели качества очищенной воды.
Поиск эффективных методов утилизации отходов является важной стратегической задачей. Рас-
54
Sciences of Europe # 66, (2021)
смотрена проблема образования и накопления хло-рорганических отходов и методы их утилизации, в частности отходы производства эпихлоргидрина, основным компонентов которых является 1,2,3-трихлорпропан. Произведен анализ существующих технологий получения серосодержащих адсорбентов, эффективных для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов. Выявлено, что нанесение серосодержащего полимера на различные твердые матрицы изучены в достаточной степени, однако до этого цеолиты никогда не использовались в качестве центров поликонденсации при нанесении на их поверхность полисульфидных полимеров.
Ожидаемый эколого-экономический эффект за счет снижения сверхлимитных платежей от внедрения предложенной технологии доочистки сточных вод поликомпонентного состава составит 21,152 млн. руб./год. Срок окупаемости составит 0,1 года. Суммарный предотвращенный экологический ущерб водным ресурсам от загрязнения водоемов, полученный в результате проведения природоохранных мероприятий на предприятии железнодорожного транспорта составил 19,571 млн. руб./год.
Литература
1. Обуздина М.В., Руш Е.А., Шалунц Л.В. Решение экологических проблем очистки сточных вод путем создания сорбента на основе цеолита // Экология и промышленность России, Т.21. № 8. 2017
2. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. - М.: Химия, 1982.-168 с.
3. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984. 306 с
4. Запорожских Т.А., Руссавская Н.В., Силин-ская Я.Н., Корабель И.В., Корчевин Н.А. Гранулированные серосодержащие сорбенты для из влечения тяжелых металлов из сточных вод // Журнал прикладной химии, Т. 81.2008.
5. Шагаева Н.С., Баяндин В.В., Пожидаев Ю.Н. Пути переработки хлорорганических отходов производства эпихлоргидрина // Известия вузов. Прикладная химия и биоитехнология, № 1(2). 2012.
6. Самсиков Е.А., Кононов А.И., Куринов И.Ф. Способ уничтожения хлорорганических отходов. Патент РФ № 2288406 от 27.11.2006.
7. Скорин В.П., Валитов Ф.Х., Шарафутди-нов В.М., Морозов Ю.Д., Имашев У.Б. Способ обевреживания хлорорганических отходов. Патент РФ № 1580929 от 20.07.2000.
8. Бачурин Л.В., Галкин В.В., Маслов И.Ю., Пупков В.В., Курилович В.Г. Способ уничтожения хлорорганических отходов. Патент РФ № 2232614 от 20.07.2004.
9. Бальжинимаев Б.С., Паукштис Е.А., За-горуйко А.Н., Симонова Л.Г., Малышева Л.В. Способ утилизации хлорорганических соединений. Патент РФ № 2252208 от 20.05.2005.
10. Нижегородцев В.И., Нижегородцева С.В.,
Нижегородцев Т.В., Торопова С.В. Способ переработки жидких органических и хлорорганических отходов. Заявка на изобретение РФ № 20011325001/04 от 20.02.2004.
11. Абрамов А.И., Абдрашитов Я.М., Дмитриев Ю.К., Залимова М.М., Расулев З.Г., Островский Н.А., Маталинов В.И. Способ переработки хлорорганических отходов методов гидрогенолиза. Патент РФ № 2175313 от 27.10.2001.
12. Четвериков А.Ф., Вакуленко В.А., Соле-борский И.В., Поликарпенко В.К. Сборник докладов 2-го Всесоюзного симпозиума по термодинамике ионного обмена. Минск. 1975. 80 с.
13. Демина Т.Я., Шаяхметова Л.Р. К проблеме утилизации отходов химических технологий на примере производства хлорорганических соединений // Вестник ОГУ, Том 2, № 8. 2005
14. Запорожских Т.А., Руссавская Н.В., Силин-ская Я.Н., Корабель И.В., Корчевин Н.А. Гранулированные серосодержащие сорбенты для из влечения тяжелых металлов из сточных вод // Журнал прикладной химии Т. 81.2008.
15. Рединова A.B., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Корчевин H.A. Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов серосодержащими полимерными сорбентами // Вестник ИрГТУ, № 1. 2013.
16. Беленький Л.И. Получение и свойства органических соединений серы.- М.: Химия, 1998. -560 с.
17. Корчевин Н.А., Руссавская Н.В., Силин-ская Э.Н., Дерягина Э.Н. Серосодержащие полимеры на базе отходов производства эпихлоргидрина // Химическая технология, № 3. 2001.
18. Обуздина М.В., Игнатова О.Н., Руш Е.А., Шалунц Л.В., Грабельных В.А., Леванова Е.П., Днепровская А.В., Корчевин Н.А., Розенцвейг И.Б. Способ получения сорбента для извлечения соединений тяжелых металлов из сточных вод. Патент РФ № 2624319 от 03.07.2017.
19. Макаров А.В., Халиуллин А.К., Руш Е.А., Обуздина М.В., Игнатова О.Н. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов методом адсорбции, фильтрующий материал (сорбент) и способ получения сорбента. Патент РФ № 2524111 от 30.04.2014.
20. Обуздина М.В., Руш Е.А. Исследование сорбционных характеристик модифицированных цеолитов методами инфракрасной и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии // Вестник технологического университета, Т.22. № 3.2019.
21. Obuzdina, M. V., Rush, E. A. (2020). Investigation of sorption characteristics of modified klinop-tilolites by the method of infra-red energy and differential X-ray spectroscopy. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 760). Institute of Physics Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/760/1/012046
