Очистка сточных вод. 2

Определения 

Водоотведение - совокупность мероприятий, обеспечивающих сбор, транспортировку, очистку и  отведение сточных вод через  системы водоотведения в водные объекты и (или) на рельефы местности;

Деминерализация - очистка какого-либо вещества от содержащихся в нём минеральных солей;

Залповый  сброс сточных вод - сброс в систему водоотведения промышленных сточных вод с увеличенным расходом более чем в 1,3 раза и концентрацией вредных веществ, превышающей допустимые более чем в 2 раза;

Локальные очистные сооружения - совокупность сооружений и устройств потребителя, предназначенных для очистки собственных сточных вод перед их сбросом в систему водоотведения;

Промышленные  сточные воды - сточные воды, сбрасываемые физическими или юридическими лицами, после использования воды в производственных целях;

Система водоотведения - комплекс инженерных сетей  и сооружений, предназначенный для  сбора, транспортировки, очистки и  отведения сточных вод;

Сточные воды - воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека или на загрязненной территории, сбрасываемые в естественные или искусственные водные объекты или на рельеф местности;

Теплоэнергетика- отрасль теплотехники, занимающаяся преобразованием теплоты в другие виды энергии, главным образом в  механическую и электрическую;

Условно чистые сточные воды - сточные воды, качество которых позволяет использовать их в промышленных системах водоснабжения или сбрасывать в водные объекты без дополнительной очистки;

Шлам - отложение в котлах, образующееся вместе с накипью от плохо очищенной воды 
 
 
 
 

Нормативные ссылки

В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 26691—85 Теплоэнергетика. Термины и определения

ГОСТ 26691-85 Теплоэнергетика. Термины и определения

ГОСТ 27625-88 Блоки энергетические для тепловых электростанций. Требования к надежности, маневренности и экономичности

СН 496-77 Временная инструкция по проектированию сооружений для очистки поверхностных сточных вод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сокращения  и обозначения

ВПУ - Водоподготовительные установки

ГЗУ - Гидрозолоулавливание

ГОСТ – Государственный стандарт

ПАУ - полициклические ароматические  углеводороды

ПДК - Предельно допустимая концентрация 

РВП - Регенеративные воздухоподогреватели 

ТЭС - Тепловая электростанция 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация 

     Наиболее масштабное однократное  употребление воды – производство  электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют «тепловым загрязнением». Против употребления этого термина имеются возражения, поскольку повышение температуры воды иногда приводит к благоприятным экологическим последствиям.

       Принципиально новые стороны  проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды возникли в связи с развитием ядерной теплоэнергетики.

      Важнейшей стороной проблемы  взаимодействия теплоэнергетики  и окружающей среды в новых  условиях является всё более  возрастающее обратное влияние  определяющая роль условий окружающей среды в решении практических задач теплоэнергетики (выбор типа теплоэнергетических установок, дислокация предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое другое).

      Цель данной работы - исследовать проблему влияния на окружающую среду предприятий теплоэнергетики.

      Для достижения поставленной  цели необходимо решить следующие  задачи:  

- рассмотреть экологические проблемы  теплоэнергетики;

- охарактеризовать выбросы предприятий  теплоэнергетики;

- рассмотреть влияние выбросов на состояние атмосферного воздуха;

- рассмотреть возможные пути использования  золошлаковых отходов;

- проанализировать влияние сточных  вод предприятий теплоэнергетики  на окружающую среду.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Энергетика - основной движущий фактор развития всех отраслей промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства, база повышения производительности труда и благосостояния населения. У нее наиболее высокие темпы развития и масштабы производства. Доля участия энергетических предприятий в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания органических видов топлива, содержащих вредные примеси, а также тепловыми отходами весьма значительна

      Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды. Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды.

      На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также совершенствования теплоэнергетических установок.

      С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней теплоэнергопотребления, возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный бассейн, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности.

      На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на громадные объемы атмосферы Земли.

      Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных воздействий на атмосферу.

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  1. Экологические проблемы теплоэнергетики 
 

      Теплоэнергетика является одной из основных составляющих энергетики и включает в себя процесс производства тепловой энергии, транспортировки, рассматривает основные условия производства энергии и побочные влияния отрасли на окружающую среду, организм человека и животных. Комплексное влияние предприятий теплоэнергетики на биосферу проиллюстрировано в таблице 1.

      Как отмечает Ю.В. Новиков, по суммарным выбросам вредных веществ в атмосферу теплоэнергетика занимает первое место среди отраслей промышленности. В атмосферу выбрасывается значительное количество твердых частиц (зола, пыль, сажа) и газообразных веществ (оксиды серы, азота и углерода, полициклические ароматические углеводороды, водяные пары и др.). Поэтому в современной теплоэнергетике главной задачей, требующей системного подхода, стала проблема снижения, контроля и управления выбросами от теплоэнергетических объектов. Системный подход позволяет сформулировать стратегию снижения вредных выбросов и разработать систему технологических и управленческих мероприятий для ее практической реализации.

     Мировая теплоэнергетика в настоящее время имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при разработке и реализации экологической стратегии. Это, в первую очередь, существенная доля природного газа, которая составляет более 68% в топливном балансе. Второй особенностью является большое количество старых котельных агрегатов на ТЭС, которые имеют повышенные выбросы в окружающую среду, и замедлившийся ввод нового оборудования. Третья особенность - низкий уровень платы ТЭС за загрязнение окружающей среды. Это приводит к тому, что капитальные и эксплуатационные затраты при внедрении природоохранных мероприятий часто значительно выше оплаты за выбросы, что делает внедрение таких технологий экономически невыгодным. Поэтому для широкого внедрения в теплоэнергетике воздухоохранных мероприятий и экологически чистых технологий сжигания топлив, учитывая современную экономическую ситуацию, важно, чтобы оно не сопровождалось значительными капитальными и эксплуатационными затратами, не требовало дополнительных площадей, не вызывало побочных негативных явлений экологического характера и, по возможности, могло быть проведено силами собственного персонала. Другими словами малозатратные и быстро реализуемые воздухоохранные мероприятия для ТЭС в настоящее время являются наиболее востребованными. При этом особенно важно, чтобы внедрение технологических мероприятий на действующем оборудовании не вызывало снижение эффективности и надежности работы котлов.

      В настоящее время на большинстве ТЭС в эксплуатации находится энергетическое оборудование, установленное 20-30 лет назад. Естественно, что при разработке этого оборудования экологические требования учитывались не в полной мере. В то же время государственная политика, проводимая федеральными и региональными органами охраны природы, побуждает ТЭС и котельные проводить мероприятия по снижению загрязнения воздушного бассейна. В ряде случаев внедрение этих мероприятий на действующем оборудовании сопровождалось снижением эффективности сжигания топлива и надежности работы, что было оправдано впервые годы, но недопустимо в настоящее время.

      В этой связи актуальна проблема разработки и внедрения таких способов сжигания, которые позволяли бы повысить экологическую безопасность работы оборудования без ухудшения технико-экономических и надежностных характеристик работы оборудования. При этом предпочтение должно быть отдано мероприятиям, практическое внедрение которых не требует больших материальных и временных затрат.  

  1. Характеристика  выбросов предприятий  теплоэнергетики, их влияние на окружающую среду и здоровье человека.
 

В качестве топлива на тепловых электростанциях  используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и реже древесину  и торф. Основными компонентами горючих  материалов являются углерод, водород  и кислород, в меньших количествах содержится сера и азот. Сжигание топлива - не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они, вместе с транспортом, поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа - 400 млн. доз, магния - 1,5 млн. доз . Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества.

В теплоэнергетике источником массированных  атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которых связана с сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы и много других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Значение предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе, представлено в таблице 1.

    Таблица 1. Значение предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосфере.

Загрязняющее  вещество ПДКМ.Р., мг/м3 ПДКС.С., мг/м3 Класс опасности
   Зола ТЭС 0,05 0,02 2
Сажа 0,15 0,05 3
Оксиды  серы 0,5 0,05 3
Диоксид азота 0,085 0,04 2
Оксид азота 0,6 0,06 3
Оксид углерода 5 3 4
Пентаксид ванадия - 0,002 1
Бенз(а)пирен, С20Н16 - 0,1 мкг/100 м3 1
Аммиак, NH3 0,2 0,04 4
Сероводород, H2S 0,008 - 2

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

      Наряду с газообразными выбросами теплоэнергетика является «производителем» огромных масс твердых отходов; к ним относятся хвосты углеобогащения, золы и шлаки. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiOх, 22-26% AlхOх, 5-12% FeхOх, 0,5-1% CaO, 4-4,5% KхO и NaхO и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

      Сейчас наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии.

      Основную часть выброса занимает углекислый газ – порядка 1 млн. т в пересчете на углерод 1 Мт. Почти вся минеральная составляющая топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен. Летучая зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция и магния. Кальций в золе может присутствовать виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений. Зола электростанций также содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ.

      Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций токсичные вещества оказывают вредное воздействие на весь комплекс живой природы. Что касается неблагоприятного влияния выбросов на людей, то наиболее подробно изучено влияние взвешенных веществ (зола  ТЭС) и диоксида серы.

      Твердые частицы золы, превышающие размер 2-5 мкм, отделяются в верхних дыхательных путях и, следовательно, не слишком опасны. Однако иногда эти частицы могут оказывать большое разрушающее действие, чем мелкие. При попадании в глаз крупные частицы могут вызывать сильное раздражение, и даже ожог. Частицы меньшего диаметра размера поступают внутрь дыхательного тракта, накапливаются в лимфатических узлах и могут привести к отложению пыли в легких. Кроме общего отрицательного воздействия загрязнения приземного воздуха и поверхности земли твердыми частицами, вредными для дыхательных путей, в золе топлива в малых дозах примеси металлов, обладающих высокой токсичностью, например мышьяка, свинца, ртути и др.

      Масштаб загрязнения окружающей среды выбросами золы твердого топлива значителен. Так, для электростанций мощностью 2400 МВт при средней зольности топлива Аp -17-20% массовый выброс летучей золы через дымовые трубы составляет около700г/с (2,5 т/ч). Если учесть, что такие электростанции активно работают несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, то электростанция делает это постоянно. За весь голоцен (10-12 тыс. лет) вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на состав атмосферы, но хозяйственная деятельность человека обусловила такие изменения за какие-то 100-200 лет.

      Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

      В последнее время серьезное внимание привлекла проблема  изучения канцерогенных веществ, образующихся при  неполном сгорании топлива. По своей распространенности  и интенсивности воздействия из многих химических веществ этого типа наибольшее значение имеют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и наиболее активный из них – бензапирен, являющийся причиной развития раковых заболеваний. Максимальное количество бензапирена образуется при температуре 700-8000C в условиях нехватки воздуха для полного сгорания топлива.

Пентаоксид  ванадия, попадая в окружающую среду  в процессе сжигания мазута, оказывает разнообразное действие на организм человека. Это вещество вызывает раздражение верхних дыхательных путей у человека и животных, изменения в кровообращении, расстройства нервной системы, нарушение обмена веществ, а также аллергическое поражение кожи.

      Одно из возможных отрицательных воздействий атмосферных загрязнений на людей связано с образованием, так называемых, токсических туманов, возникающих при резком возрастании концентрации атмосферных загрязнений и неблагоприятных метеорологических условиях.

      Действие токсических веществ, загрязняющих атмосферу, может вызывать хронические неспецифические заболевания. Среди этих заболеваний существенное значение приобретают атеросклероз и связанные с ним коронарные заболевания сердца, хронический бронхит, эмфизема, бронхиальная астма и пр.  Выполненные исследования позволили установить, что основное влияние на рост заболеваемости в городах оказывают такие факторы как плотность населения и загрязнение внешней среды.

      В качестве загрязнителей в окружающую среду также поступают различные оксиды азота. Будучи токсичными для человека, они обладают резко выраженным раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Оксиды азота плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем, они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения  альвеолярного эпителия и бронхов. Экспериментальные данные и натуральные наблюдения свидетельствуют о высокой биологической активности оксидов азота.

      Исследования, выполненные в различных странах, показали, что в загрязненных оксидами азота районах у людей снижаются дыхательные функции, повышается количество респираторных заболеваний, обнаруживаются изменения в периферической крови (появление метгемоглобина).

      Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как ультрафиолетовой, так и видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана – смога.

      Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах, также воздействуют на растения и животный мир, на строительные конструкции, здания и сооружения.

      Наиболее чувствительны к воздействию диоксида серы растения. Его воздействие связано, прежде всего, с повреждением поверхности листьев и хвои из-за разрушения содержащихся в них хлорофилла. Лиственные растения, ежегодно сбрасывающие листву, менее подвержены воздействию диоксида серы. Хвойные растения, наоборот, сильнее подвержены влиянию токсикологических примесей.

      Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой – региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. 

  1. Сточные воды ТЭС
 
    1. Классификация сточных вод ТЭС
 

      Эксплуатация тепловых электрических станций связана с использованием большого количества воды. Основная часть воды (более 90%) расходуется в системах охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и др.

      Сточной водой является любой поток воды, выводимый из цикла электростанции.

      К сточным, или сбросным, водам кроме вод систем охлаждения относятся: сбросные воды систем гидрозолоулавливания (ГЗУ), отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования или его консервации: регенерационные и шламовые воды от водоочистительных (водоподготовительных) установок: нефтезагрязненные стоки, растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут.

      Составы перечисленных стоков различны и определяются типом ТЭС и основного оборудования, ее мощностью, видом топлива, составом исходной воды, способом водоподготовки в основном производстве и, конечно, уровнем эксплуатации. 

      1. Тепловые  воды
 

      Для охлаждения различных аппаратов ТЭС применяется вода. Основное ее количество расходуется на охлаждение конденсаторов турбин. На конденсацию 1 тонны отработавшего в турбине пара приходится расходовать в зависимости от времени года 50 ¸ 60 тонн воды. На ТЭС мощностью 4000 МВт вырабатывается около 13000 т/ч пара, однако часть этого пара направляется в регенеративные подогреватели, а в конденсатор идет около 10000 т/ч пара. Для конденсации этого количества водяного пара в конденсаторы необходимо подавать до 500000 тонн охлаждающей воды в час. Температура этой воды повышается всего лишь на 8¸ 10°С, но оказывается, что и такое, казалось бы незначительное повышение температуры уже отражается на всей экологической обстановке естественных водоемов. Сбрасывать эти воды непосредственно в реки и озера нельзя.

      Вследствие этого приходится применять способы, ослабляющие это “тепловое загрязнение” водоисточников, а во многих случаях и полностью отказываться от сброса теплых вод в реки. Если электростанция расположена на берегу мощной реки, то можно избежать последствий теплового загрязнения, применяя специальные смесительные устройства, распределяющие тепло на большую массу воды и снижающие тепловое воздействие. Можно также пользоваться различными температурами воды по глубине водоема или применять предварительное, т. е. перед сбросом, охлаждение теплых вод путем их разбрызгивания. Такой способ одновременно способствует и насыщению воды кислородом. Можно также перейти на замкнутое охлаждение – прудовое там, где позволяет местность или в градирнях.

      Замкнутое прудовое охлаждение может быть организовано на ТЭС, находящихся в отдалении от больших населенных пунктов. Создается система прудов, точнее, озер, соединенных между собой протоками. В одно из этих озер спускают теплые воды, которые постепенно перетекают из озера в озеро, охлаждаясь при этом. Из последнего по пути воды озера ТЭС забирает воду для охлаждения. В такой системе прудов - озер тепло охлаждающей воды может быть использовано для разведения теплолюбивых рыб, обогрева теплиц и оранжерей и других полезных целей.

      К сожалению, на ТЭС, расположенных в больших городах и крупных населенных центрах, такой способ не осуществим, так как он требует значительных свободных площадей для организации прудов – озер. В этих ТЭС приходится переходить на замкнутые системы охлаждения при помощи градирен, т. е. специальных сооружений, наверх которых подается теплая вода, стекающая по насадке градирен вниз, в бассейн, расположенный под градирней. Теплая вода охлаждается встречным потоком воздуха.