Контрольная работа по "Экологии". 127

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

Практическая работа №1. УКРУПНЕННАЯ  ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ ОБЪЕКТАМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Практическая работа №2. ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБЪЕКТОВ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

 

Введение

 

Цель практических работ:

- изучение тех разделов экологии  и охраны окружающей среды,  которым по балансу времени не может быть уделено достаточно внимания при изложении теоретического курса;

- изучение основных документов, регламентирующих техногенное воздействие предприятий железнодорожного транспорта и других промышленных объектов на природную среду, и выработка практических навыков работы с ними;

- изучение принципов работы  и примеров технических решений  устройств очистки сточных вод и отходящих газов предприятий железнодорожного транспорта;

- освоение методик расчета платежей  за загрязнение окружающей среды;

- освоение способов эколого-экономической  оценки и планирования природоохранных  мероприятий;

- выработка практических навыков  представления результатов графического расчетного анализа существующих или разрабатываемых решений области экологии и охраны окружающей среды.

 

 

Практическая работа №1.

УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ  ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ 

ВОДОЕМОВ ОБЪЕКТАМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

Цель работы: освоение метода оценки экологического ущерба путем расчета платежей за загрязнение водоемов при сбросе сточных вод: знакомство с принципами очистки сточных вод и основными примерами их конструктивной реализации.

 

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 с 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 [16].

Платежи не являются ни наказанием за сбросы отходов (штрафом), ни разрешением  ухудшать экологическую ситуацию региона  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 происхождения и подлежащие очистке от примесей. В зависимости от условия происхождения различают три основные вида сточных вод [6;9]:

1. 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.

2. 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.

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

Краткие сведения о загрязнении  водных ресурсов предприятиям железнодорожного транспорта приведены в таблице 1.1.

 

 

Таблица 1.1.

Предприятия – загрязнители водных ресурсов на

железнодорожном транспорте.

Предприятия	Загрязняющие вещества
1	2
Вагонные и локомотивные депо; ремонтные  заводы	Нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, шлак, песок и др.
Щебеночные заводы	Взвешенные вещества, нефтепродукты и др.
1	2
Промывочно-пропарочные станции (ППС)	Нефтепродукты, ПАВ (поверхностно-активные вещества), взвешенные вещества, фосфаты, БПК1, тетраэтилсвинец2 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 др.)	Взвешенные вещества, нефтепродукты  и др.

 

Физическая масса годового сброса (фактический сброс) 1-ой примеси, т/год  определяется из следующего соотношения:

 

m_i = c_i ∙ V ∙ 10^-3,       (1.1)

 

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

       V – объем годового сброса сточных вод, тыс. м³.

Платежи предприятия за нормативный  сброс загрязняющих веществ в  водоемы тыс. руб./год определяются зависимостью [5]:

, при m_i ≤ m_нi                    (1.2)

где П_уд.нi – ставка платы за сброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов сбросов, руб.;

      m_нi – масса нормативного сброса i-го загрязняющего вещества, т/год, определяется по формуле

 

m_нi = ПДК_i ∙ V ∙ 10^-3,           (1.3)

 

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

Ставка платы, руб./т, за нормативный  сброс 1-го загрязняющего вещества определяется по формуле:

 

П_уд.нi = Н_бл.i ∙ К_з.вод ∙ К_и,      (1.4)

 

где Н_бл.i – базовый норматив платы за сброс i-го загрязняющего вещества, руб./т;

       К_з.вод – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости поверхностного водного объекта; для рек бассейна Енисея К_з.вод = 1,7;

       К_н – коэффициент индексации (утверждается по каждому года Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается К_н = 1.

Плата за сверхнормативный сброс загрязняющих веществ взимается в пятикратном  размере и определяется путем умножения соответствующей ставки платы на разницу между фактическим и нормативным сбросом 1-го загрязняющего вещества:

    при m_i > m_нi         (1.5)

Примечание. Если масса сброса 1-го вещества превышает нормативную, то для этого вещества рассчитывается также плата и за нормативный сброс по формуле (1.2) при условии m_i = m_нi.

Суммарные платежи предприятия  за сброс сточных вод определяются по формуле:                                     

 

П = П_н + П_сн.       (1.6)

 

При сбросе 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. Загрязнения ПДК и ставка платы устанавливаются владельцем канализации.

Расчет платежей по каждому варианту сводится в таблицу:

 

Таблица 1.2.

Индивидуальная таблица расчетов платежей V =      тыс.м³/год

i	Ингредиенты	ci, мг/л	mi, т/год	ПДКi, мг/л	Нбл.i, руб./т	Пнi	Пснi
						тыс. руб./год
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Азот аммонийный	1,31	0,0016	1	6875,8	0,014	0,012
2	Фенолы	0,048	0,0001	0,0018	2749700	0,01	2,29
3	Нефтепродукты	2,04	0,002	0,05	54994	0,0056	1,09
4	ПАВ	0,21	0,0003	0,09	5499,4	0,003	0,0093
5	Фосфаты	0,22	0,00026	0,29	13751,6	0,006
1	2	3	4	5	6	7	8
6	Взвешенные вещества	1,64	0,002	6,67	3658	0,05	0,19
7	БПК полн.	17,3	0,02	3,33	905,2	1,68	8,23
8	Железо	1,64	0,002	1	27497	0,056	1,87
9	Медь	0,008	0,00001	0,0018	2749700	0,047	0,18
			Σ24,416 0,08963			Σ1,8716	Σ13,8713

 

Значения годового объема сточных  вод и концентраций загрязнителей (по вариантам) приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Исходные данные  в практической работе

№ вар.	V, тыс. м3/год	Концентрации загрязнителей, мг/л
		Азот аммонийный	Фенолы	Нефтепродукты	ПАВ	Фосфаты	Взвешенные вещества	БПК полн.	Железо	Медь
1	240	2,35	0,064	6,29	0,055	0,15	10	37,1	1,8	0,061
2	260	0,79	0,094	24	0,102	0,026	17,3	40,4	1,62	0,055
3	280	1,29	0,16	12,06	0,13	0,53	32,5	84	2,45	0,24
4	300	5,9	0,08	13,04	0,46	0,61	14,7	95,4	1	0,064
5	320	2,64	0,072	18,2	0,092	0,34	22,6	51,7	1,53	0,086
6	0,9	4,4	0,3	0,09	7,2	0,11	0,58	14	32,7	1,1
7	1,2	1,31	0,048	2,04	0,21	0,22	1,64	17,3	1,64	0,008
8	1,5	1,78	0,43	9,82	0,17	0,21	20	78,3	2,45	0,055
9	1,8	5,9	0,07	3,58,373	1,1	0,6	13	98	1,2	0,01
10	2	3,62	0,21		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.

Показателями качества воды – несущей среды сбросов – являются значения концентраций в ней вредных веществ с₁. То же можно сказать и о воздухе. Эффективность очистки η₁ сточных вод (отходящих газов) от 1-го загрязняющего вещества определяется по формуле:

             (1.7)

где С_iвх – концентрация i-го загрязняющего вещества на входе в устройство, мг/м³;

       С_iвых – концентрация i-го загрязняющего вещества на выходе из устройства, 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 чистки в каком-либо одном устройстве практически невозможно. Отмеченное определяет необходимость применения системы n последовательно соединенных аппаратов, которая дает общую эффективность по 1-й примеси:

 

,                    (1.8)

 

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), фильтрование, флотации, инерционное разделение,, биологическая очистка и ряд других. Эффективность некоторых технических средств очистки приведена в табл. 1.4.

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. 1.1) – очистка от взвешенной в объеме воды мелкодисперсной фракции масел или нефтепродуктов [12-15]. 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 капелей масла пузырьками воздуха, вводимого в сточную воду, и их последующего всплывания. Эффективность образования агрегатов «частица масла - пузырьки воздуха» зависит от размера 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 их сточных вод взвешенные вещества, ПАВ, органические примеси, медь и т.д. (эффективность см. в табл. 1.4).

Исходная сточная вода по трубопроводу 1 и отверстиям в нем равномерно поступает в объем флотатора. Навстречу потоку воды по трубопроводу 2 подается 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 поверхности. Образующаяся таким образом пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора, откуда он отсасывается

центробежным вентилятором и по трубопроводу 3 направляется на утилизацию. Взвешенные вещества и другие твердые примеси оседают в шлакосборник откуда по мере накопления периодически удаляются для  утилизации или захоронения. В процессе встречного движения кислород воздуха окисляет органические примеси и повышает концентрацию О₂ в воде за счет аэрации. Очищенная сточная вода огибает перегородку и переливается в приемный бак 7, откуда по трубопроводу 4 подается на сброс, повторное использование или дополнительную обработку.

Процесс флотации может быть интенсифицирован 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 образуются мостики, 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. 1.2) – устройство, в котором использование инерционного принципа разделения основано на разности плотностей несущей среды (воды, твердых частиц и масляных фракций

(например, нефтепродуктов). Гидроциклон также может использоваться в оборотных системах водоснабжения, может являться частью технологического оборудования (например, использоваться в моечной машине для очистки моющей жидкости). Загрязненные сточные воды вводятся через патрубок, тангенциально ориентированный по отношению к внутренней поверхности корпуса. Вследствие возникшего закручивания тяжелые твердые 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 твердые частицы опускаются по стенкам в шлакосборник, 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.

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. Об одном, внешнем, речь шла выше; два других слоя попадают в соответствующие выходные камеры. Маслопродукты направляются на утилизацию (например, сжигание), а очищенная вода 3 поступает на последующую ступень очистки. В верхней части вертикального напорного гидроциклона предусмотрен вентиль )воздушник) 2, нормально закрытый, открываемый лишь пир 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 осажде-

ния перед сбросом сточных вод  в канализацию или повторным их использованием в замкнутой системе водооборота [14]. Биологическая очистка основана на разрушении органических веществ микроорганизмами среди которых есть одноклеточные (бактерии, плесневые грибы, инфузории и др.) и микроскопические многоклеточные (коловратки, черви, личинки насекомых и др.). Одной из основных задач устройств биологической очистки является также восстановление    содержания      кислорода

в сбрасываемых водах, что способствует процессам самоочищения в природных водоемах. Обе цели достигаются в биологическом фильтре (рис. 1.3).

Загрязненная органическими веществами и заметно обескислороженная в технических процессах вода подается по трубопроводу 2 и через насадки 3 равномерно разбрызгивается по всей площади фильтра. Далее вода движется сквозь загрузку из кусков твердого материала (шлака, щебня, гравия и др.), на поверхность которого самопроизвольно образуется биологическая пленка. Разложение органических веществ стока микроорганизмами пленки протекает достаточно интенсивно благодаря большой удельной поверхности насадки и выбор оптимальных параметров состояния системы, в частности температуры, водородный показатель рН и содержания кислорода: последний активизирует процесс 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 в 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 фенолосодержащие 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 увеличением температуры и рН скорость и полнота окисления фенольных соединений значительно возрастают. Дальнейшая биологическая очистка производится на биофильтрах [11].

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 воду свыше 0,5 мг/л биохимические процессы замедляются, а при 10 мг/л почти совсем превышаются. Недопустимо применение биологической очистки для стоков, содержащих тетраэтилсвинец.

 

Таблица 1.4.

Эффективность очистки сточных вод техническими средствами.

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

 

 

 

Практическая работа №2.

УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ  ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТОСФЕРЫ КОТЕЛЬНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

 

Цель работы: оценка ущербов от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газокотельными при сжигании различных видов топлива; знакомство с принципами очистки газовых выбросов и основными примерами их конструктивной реализации

.

Исследование структуры  загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта показывает, что порядка 90% валового объема загрязняющий веществ, выбрасываемых в атмосферу линейными предприятиями, приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных, около 50% загрязняющих веществ выбрасывается в атмосферу при работе энерготехнических теплоагрегатов (кузнечных печей, агрегатов термической обработки изделий, сушильных установок и т.д.), использующих твердое, жидкое и газообразное топливо. Приблизительно такое же количество загрязняющих веществ попадает в атмосферу от технологических агрегатов (станков, моечных ванн, окрасочных камер, сварочных постов и т.д.). [16]

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива, и  выбросы веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от вида теплоагрегата. Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются твердые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных  определяется по формуле [13]:

 

                                      М_ТВ = q_т ∙ m ∙ f ∙ (1 - L_т),                            (2.1)

 

где q_т – зольность топлива, % (прил. 1);

      m – количество израсходованного топлива за год, т;

      f – безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и топлива; для котельных, работающих на мазуте, принять f = 0,01; на угле f = 0,0023;

      L_т – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной L_т = 0,85.

 

Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле:

     

                        М_СО = С_СО ∙ m ∙ (1 – 0,01 ∙ q₁) ∙ 10^-3,                   (2.2)

 

где q₁ – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива; для мазута q1 = 0,5; для угля q1 = 5,5;

       С_СО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т;

 

                                С_СО = q₂ ∙ R ∙ Q₁^r,                                          (2.3)

 

где q₂ – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %; для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q₂ = 0,5;

      R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания R = 1 для твердого топлива; R = 0,5 для газа; R = 0,65 для мазута;

      Q₁^r – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил. 1).

 

Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле:

 

                                  М_NO2 = m ∙ Q₁^r ∙ K_NO2 ∙ (1 – β) ∙ 10^-3,                            (2.4)

 

где K_NO2 - параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся в 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута K_NO2 = 0,11; для угля K_NO2 = 0,23;

       β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью в 30 т/час β = 0.