Предотвращение экономического ущерба

- это разработка специальных ИБС

С экономической точки зрения должно выполняться:

1) Окупаемость:

- затраты на ИБС (капитальные + текущие)

Пример.

= γ * * м (руб/год) (5.3)

γ – величина удельного ущерба от годовых сбросов (см. постановление РФ №632 от 28.02)

– безразмерная const, которая определяет сравнительную опасность загрязнения водных ресурсов по различным водохозяйственным участкам.

– сравнительная опасность

=1,6

Вопрос: сравнить относительную величину для водохозяйственных участков в зоне F1 с зоной F3

«

М – приведенная масса годового сброса загрязняющих веществ данным источником.

М= (усл.т/год) (5.4)

Где:

– общая масса годового сброса j-вещества (т/год)

q – общее число загрязняющих веществ в потоке (СВ)

При различной концентрации загрязняющих веществ в СВ из i-источника масса годового сброса:

(5.5)

– концентрация загрязнения j-вещества в СВ

=

v – объем расход СВ

– показатель относительной опасности загрязняющего вещества

(5.6)

ЛЕКЦИЯ №6. Схемы водопользования на промышленных предприятиях.

Принципиальная схема водного хозяйства включает в себя основные циклы: термического для охлаждения; экстрагенного для промывки, растворения, выщелачивания и т.д.; транспортного для гидравлического транспортирования веществ, материалов и удаления отходов.

Свежую природную воду предусмотрено применять только для подпитки замкнутых систем (при недостатке очищенных сточных вод для восполнения потерь воды), питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, технологических процессов, в которых (например, в качестве химических реагентов) нельзя использовать очищенные сточные воды.

Физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений исключают возможность создания замкнутых систем водопользования универсальной структуры. Создание этих систем на предприятиях зависит от особенностей технологии, технической оснащенности, требований к качеству получаемой продукции, используемой воды и т.д.

Свойства воды, принимаемые во внимание на производстве:

1. Вода – теплоноситель. К преимуществам воды как теплоносителя следует отнести ее высокую плотность (0,9982 г/см³), удельную теплоемкость (4,2 кДж/(кг*К)), сравнительно низкую вязкость (динамическая вязкость 0,00101 Па•с (при 20 °C) и кинематическая вязкость 0,01012 см²/с (при 20 °C)), высокие значения коэффициента теплоотдачи, не токсичность, дешевизну и доступность, возможность регулирования температуры в широких пределах. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах, в нагревательных установках, ТЭЦ и котельных. Горячую воду, как правило, транспортируют по трубопроводам на расстояния до 20 км. При этом снижение температуры воды в хорошо теплоизолированном трубопроводе не превышает 1°С на 1 км.

2. Вода – растворитель. Является хорошим сильнополярным растворителем (относительная диэлектрическая проницаемость 81). Поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Также вода является хорошим растворителем полярных веществ. К ним относятся ионные соединения, такие как соли, у которых заряженные частицы (ионы) диссоцииируют в воде, когда вещество растворяется, а также некоторые неионные соединения, например сахара и простые спирты, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы (-OH). Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества (гидратная оболочка).

3. Вода – химический реагент. Вода участвует во множестве химических реакций в качестве растворителя. Вода является продуктом многих неорганических и органических химический реакций. Например, она образуется при нейтрализации кислот и оснований. В органической химии многие реакции конденсации сопровождаются отщеплением (элиминированием) молекул воды. Существует четыре типа важнейших химических реакций, в которых вода участвует в качестве реагента: -- окисление и восстановление. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Она окисляет металлы, расположенные в электрохимическом ряду напряжений выше олова. Вода действует как окислитель в процессах коррозии. Например абсорбция диоксида азота: 2NO2+H2O↔HNO3+HNO2; - кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизации: 2Н₂О(ж.) = Н₃О⁺(водн.) + ОН^-(водн.). Это позволяет воде быть, с одной стороны, акцептором протона: НСl + Н₂О = Н₃О⁺ + Сl, а с другой стороны -донором протона:

NH₃ + Н₂О = NH₄ + ОН^-;

- гидратация. Молекулы воды способны сольватировать как катионы, так и анионы. Этот процесс называется гидратацией. Гидратная вода в кристаллах солей называется кристаллизационной водой. Молекулы воды обычно связаны с сольватируемым ими катионом координационными связями; алюминий вода, образование на его поверхности гидратной оболочки,

CaS04*l/2H20 + 1,5Н20— CaS04*2H20 -(темп.)

CaS04 + 2Н20— CaS04*2H20 -(темп.)

- гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой. Примером реакций этого типа может быть реакция между хлоридом фтора (V) и водой с образованием соляной кислоты PCl₅ + H₂O → POCl₃ + 2HCl↑.

Благодаря тому, что в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы, она проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту. Для химических реакций используется вода очень высокого качества (химически чистая).

4.Вода – транспортирующий агент. Можно перемещать только те материалы, которые с ней не взаимодействуют (см. свойства вязкости). Преимущество использования воды как носителя - высокая скорость транспортирования больших масс материалов. Основные недостатки - относительно большой расход воды, необходимость сложных устройств для отделения сыпучего материала от воды. Применяют главным образом для перемещения больших количеств тяжелых материалов (напр., песка) в строительстве.

При разработке химико-технологических процессов для комплексной переработки многокомпонентных жидких систем необходимо использовать следующие принципы:

- при создании замкнутых систем водопользования безотходное производство ориентируют на максимальное извлечение из сырья основных продуктов;

- для утилизации отходы из технологических процессов выводят преимущественно в безводной твердой форме или в виде высококонцентрированных растворов.

Объединение водоподготовки с локальной очисткой, а также использование очищенных промышленно-ливневых сточных вод в системе оборотного водоснабжения позволяет создать замкнутые системы водопользования.

Схема водопользования на химическом предприятии:

1-химическая водоочистка; 2-технологические установки;

3-основные очистные сооружения;

4-дополнительные очистные сооружения;

5-локальные очистные сооружения;

6-узел оборотного водоохлаждения.

При переводе промышленных предприятий на использование доочищенных сточных вод возникает потребность в разработке ресурсо- и энергосберегающих технологий схем очистки. При этом наиболее актуальной является задача переработки сточных вод непосредственно на промышленных предприятиях.

Совершенствовать схему водопользования можно путем повышения эффективности как основного технологического процесса, так и инфраструктуры, т.е. систем химической водоочистки, оборотного водоохлаждения и очистки сточных вод. Проведенные технико-экономические исследования и анализ затрат на реконструкцию и модернизацию оборудования показали, что при совершенствовании технологического процесса затраты значительно меньше, чем затраты, связанные с совершенствованием инфраструктуры.

Локальная очистка сточных вод для их повторного использования дешевле их полной очистки. Создание замкнутых систем, предусматривающих полное выделение всех компонентов из сточных вод – важнейшая составная часть безотходного производства. Однако идеальную модель его нельзя реализовать на существующем технологическом оборудовании. Сравнительно низкая эффективность способов переработки обусловлена их малой функционально- организационной гибкостью, т.е. невозможна быстрая перестройка технологического оборудования и переналадка режимов работы при изменении состава сырья и ассортимента выпускаемой продукции. Применяемое оборудование для очистки воды предназначено, как правило, для использования природной и близких к ней по составу сточных вод.

ЛЕКЦИЯ№7 (продолжение лекции №6).

При разработке замкнутых систем водопользования с гибкой перенастраиваемой структурой большое внимание уделяется выбору:

- технологического оборудования и оснастки, которые можно использовать при оперативной модернизации технологий переработки многокомпонентных жидких и газовых смесей и их транспортировки, а также высокоэффективного тепло- и массообменного оборудования, работающего в системах очистки сточных вод и водоподготовки в условиях образования твердой фазы (накипеобразование, солеотложение, биообрастание, коксование, полимеризация и т.д.);

- оригинальных процессов переработки промышленных сточных вод и шлама с получением индивидуальных товарных продуктов;

- оборудования, используемого в системе оборотного водоохлаждения, позволяющего снизить унос капельной влаги и обеспечить токсикологические и эпидемиологические нормы загрязнения воздушного бассейна и почвы;

- очистных сооружений для промышленных ливневых стоков с высоким содержанием взвешенных веществ, нефтепродуктов, органических веществ с примесями биогенных элементов для возврата в технологический цикл;

- высокоэффективных технологий глубокого обессоливания с комплексной переработкой регенерационных стоков на стадии химической водоподготовки.

При разработке замкнутых гибких систем водопользования большая роль принадлежит универсальным водоперерабатывающим модулям. При эксплуатации модулей образуются отложения твердой фазы на поверхностях теплообменных и массообменных устройств. Для удаления из воды таких гетерофазных примесей, как взвешенные вещества (от высокодисперсных взвесей с размером 10^–5 м до крупных твердых частиц с размером 10^–3 м) можно использовать следующие процессы:

- разделение в поле гравитационных или центробежных сил, а также фильтрование через пористый материал или мелкие сетки;

- адгезию на высокодисперсных и зернистых материалах, а также гидроксидах алюминия или железа, глинистых минералах;

- агрегацию флокулянтами.

Очистные сооружения для осуществления перечисленных процессов состоят из следующих типовых элементов: усреднителя, узла механической очистки (решетки, песколовки и т.д.), смесителя с химическими реагентами, отстойника, фильтра.

Снижение эффективности работы перечисленного оборудования обусловлено следующими причинами:

- несовершенством системы гидравлического удаления осадка из песколовок, что приводит к взмучиванию осадка и загрязнению очищенной воды;

- значительным перерасходом химических реагентов на стадии смешения с очищаемым потоком из-за несовершенства узла смешения;

- невозможностью гибкой перестройки крупномасштабных стационарных отстойников с жесткой структурой;

- значительными расходами промывной воды и энергии на стадии регенерации фильтров с неподвижным слоем фильтрующего материала.

Для комплексной переработки многокомпонентных систем наиболее актуальна проблема обезвоживания и обезвреживания осадков.

Для выделения микрогетерофазных примесей, содержащих гидрофильные и гидрофобные коллоидные системы, а также высокомолекулярные вещества и детергенты с частицами размером 10^–5 – 10^–8 м, изменяющие агрегативные свойства, эффективны следующие процессы:

- окисление органических коллоидных веществ и высокомолекулярных соединений;

- адгезия и адсорбция на гидроксидах алюминия и железа;

- агрегация флокулянтами.

Для удаления молекулярно растворенных веществ с частицами размером 10^–8 – 10^–9 м рационально использовать такие процессы, как деcopбция летучих соединений, окисление органических веществ, адсорбция на активном угле и других сорбентах, экстракция органическими растворителями, утилизация загрязняющих веществ с микроорганизмами.

Перечисленные выше способы удаления примесей достаточно специфичны. Например, при расчете абсорбционно-десорбционного узла необходимо знать растворимость примеси, которую не всегда удается определить экспериментальным путем. В результате биологической очистки образуется большое количество избыточного активного ила. Совершенствование процесса утилизации активного ила связано с особенностями его обезвоживания и обезвреживания.

Для выделения диссоциирующих в воде электролитов с частицами менее 10^–9 м используют:

- нейтрализацию, комплексообразование для перевода загрязняющих веществ в малодиссоциированные или малорастворимые соединения;

- фиксацию на твердой фазе ионитов (H-Na-катионирование, ОН-анионирование) с целью глубоко обессоливания;

- сепарацию при изменении фазового состояния воды с переходом ее в газообразное состояние (дистилляция) или в твердую фазу (вымораживание, гидратообразование);

- перераспределение ионов в жидкой фазе (экстракция, обратный осмос) и т.д.

Лекция №8. Основные показатели качества воды.

Табл.8.1 Основные показатели качества воды.

Наименование показателя	Величина
Фактическое значение	Нормативное значение
Вода на очистку	Вода после очистки	Культурно-бытовое назначение	Рыбо-хозяйственное назначение	EИ
1. Взвешенные вещества (мг/л)
		0,75	0,25
2. Цветность СВ (мг/л)	В обычный период 10-15 В период дождей 60-70
3. Растворенные соли (мг/л)
4. Жесткость (моль/л)				7,0