Анализ загрязнений и перспективных направлений методов очистки выбросов и сбросов

Содержание

Введение

1. Экологические проблемы

2. Анализ загрязнений и перспективных направлений методов очистки выбросов и сбросов в цехах механической обработки

2.1 Загрязнение атмосферы выбросами

2.2 Загрязнение водного бассейна сточными водами

2.3 Загрязнение почвы отходами

2.4 Основные мероприятия по защите окружающей среды

Список использованной литературы

1. Экологические проблемы

Экологические проблемы человечества стали весьма существенными проблемами всей природы на Земле. Важнейшие общие задачи современной экологии: всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов; отказ от природопокорительской идеологии; формирование такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологии, которые приведут характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы.

В настоящее время воздействие хозяйственной деятельности на окружающую среду определяется значительными объемами выбросов в атмосферный воздух, водопотребления для промышленных целей и сбросов сточных вод.

К основным воздействиям энергетики на окружающую среду относятся потребление воды, кислорода воздуха, изменение ландшафта, а также многообразные выбросы, сбросы и отходы, поступающие в окружающую среду. Нефтедобывающая промышленность отрицательно воздействует на атмосферу, гидросферу и литосферу. Большой вред наносится экологии в результате: захоронения отходов бурения; аварийного разлива нефти; изменения ландшафта; потребления воды для буровых установок. Нефтеперерабатывающая промышленность является одним из крупнейших водопотребителей, создает опасность для водных объектов и оказывает отрицательное воздействие на экологическую обстановку городов. Газовая промышленность при добыче, переработке, хранении и транспортировке природного газа ущерб окружающей природной среде наносится выбросами вредных веществ в атмосферу. В угольной промышленности к основным факторам, влияющим на состояние окружающей природной среды, относятся: загрязнение земель отходами добычи и обогащения угля и горючих сланцев; истощение водных ресурсов; загрязнение подземных и поверхностных вод; загрязнение воздушного бассейна твердыми и газообразными вредными веществами при добыче, переработке и сжигании твердого топлива. Черная металлургия — одна из наиболее емких отраслей промышленности по загрязнению окружающей природной среды. В воздух выбрасываются пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды железа, марганец, кальций, алюминий, кремний, титан, ванадий, фосфор, натрий, калий и др.; в доменном, мартеновском, конвертерном и электроплавильном производствах — пыль, оксид углерода, оксиды азота и т.д. В машиностроительной промышленности основными источниками загрязнения окружающей среды являются линейное производство, травильные и гальванические цехи, цехи механической обработки, сварочные и покрасочные цехи и участки.

Загрязненность окружающей среды увеличивается из-за снижения технического уровня производства, износа технологического оборудования, сокращения капитальных вложений на природоохранные мероприятия.

Машиностроительные предприятия включают в себя заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи покрытий и литейные цехи. В процессе производства машин и оборудования широко используют сварочные работы, механическую обработку металлов, переработку неметаллических материалов, лакокрасочные операции и т.п. Рассмотрим характер загрязнений и методы очистки выбросов и сбросов в цехах механической обработки машиностроительного предприятия.

2.1 Загрязнение атмосферы выбросами

Механическая обработка металлов на станках в цехах механической обработки сопровождается выделением пыли, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются из помещений. Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластика, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита выделение пыли (г/ч) составляет: на токарных станках 50...80; на фрезерных–100...120; на зубофрезерных – 20...40. При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылью могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенола, формальдегида, стирола и др.), входящих в состав обрабатываемых материалов. Ниже приведено количество (г) паров воды, туманов масел и эмульсии, выделяющихся в 1 ч при работе станков в расчете на 1 кВт мощности устанавливаемых на станках электродвигателей. Количество (г) паров воды, туманов масел и эмульсии, выделяющихся в 1 ч при работе станков в расчете на 1 кВт мощности устанавливаемых на станках электродвигателей.

Оборудование	Пары воды	Масляный туман	Туман эмульсола
Металлорежущие станки при масляном охлаждении	-	0,02	-
Металлорежущие станки при эмульсионном охлаждении	150	-	0,0063
Шлифовальные станки при охлаждении эмульсией и содовым раствором	150	-	0,165
Шлифовальные станки при охлаждении маслом	-	30	-

В процессах шлифования и полирования выделяется большое количество тонкодисперсной пыли. Пыль, образующаяся в процессе абразивной обработки, на 30-40% состоит из материала абразивного круга, на 60-70% - из материала обрабатываемого изделия. Количество выделяющейся пыли зависит от размеров и твердости обрабатываемого материала, диаметра и окружной скорости круга, а также способа подачи изделия. При зачистке и шлифовке изделий выделяется более 50 г/ч пыли с одного станка. При заточке инструмента пыль имеет следующий фракционный состав:

Размер частиц, мкм	0-5	5-10	10-20	20-40	40-60	>60
Фракционный состав, %	13	12,1	22,8	22,9	21,8	7,4

Основные меры защиты атмосферы от загрязнений промышленными пылями и туманами предусматривают широкое использование пыле- и туманоулавливающих аппаратов и систем. Исходя из современной классификации пылеулавливающих систем, основанной на принципиальных особенностях процесса очистки, пылеочистное оборудование можно разделить на четыре группы: сухие пылеуловители, мокрые пылеуловители, электрофильтры и фильтры. Пылеуловители различных типов, и том числе и электрофильтры, применяют при повышенных концентрациях примесей в воздухе. Фильтры используются для тонкой очистки воздуха с концентрациями примесей менее 100 мг/м³. Если требуется тонкая очистка воздуха при высоких начальных концентрациях примесей, то очистку ведут в системе последовательно соединенных пылеуловителей и фильтров.

К сухим пылеуловителям относятся все аппараты, в которых отделение частиц примесей от воздушного потока происходит механическим путем за счет сил гравитации, инерции, Кориолиса. Конструктивно сухие пылеуловители разделяют на циклоны, ротационные, вихревые, радиальные, жалюзийные пылеуловители и др.

Аппараты мокрой очистки газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с d_>ч> ≥ (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки oт пыли горячих и взрывоопасных газов. Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли либо на поверхность капель жидкости, либо на поверхность пленки жидкости. Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Электрическая очистка газов. Основана на ионизации электрическим зарядом под действием постоянного электрического тока (напряжением до 90 кВ) взвешенных в газах твердых и жидких частиц с последующим осаждением их на электродах.

Фильтрование широко используются в промышленности для тонкой очистки вентиляционного воздуха от примесей, а также для промышленной и санитарной очистки газовых выбросов. При этом способе газоочистки газовые потоки проходят через пористые фильтровальные перегородки, пропускающие газ, но задерживающие твердые частицы. Фильтры служат для улавливания весьма тонких фракций пыли (менее 1 мкм) и характеризуются высокой эффективностью при очистке газов.

Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести. Осаждение капель жидкости на поверхности пор происходит под действием всех ранее рассмотренных механизмов отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах.

Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей характеризуется рядом особенностей: во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и очень низка. Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы: промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения каталитического превращения.

2.2 Загрязнение водного бассейна сточными водами

На территории промышленных предприятий образуются сточные воды трех видов: бытовые, поверхностные и производственные. В сточных водах предприятий машиностроения могут содержаться следующие виды примесей: механические примеси органического и минерального происхождения, в том числе гидроксиды металлов; стойкие и летучие нефтепродукты; эмульсии, стабилизированные различного рода добавками; растворенные токсичные соединения органического и неорганического происхождения (ионы металлов, фенолы, цианиды, сульфаты, сульфиды и др.).

В цехах механической обработки, при обработке металлов вода используется для охлаждения инструмента, на промывке деталей и обработке помещений, при этом сточные воды загрязняются минеральными маслами, мылами, металлической и абразивной пылью и эмульгаторами. Основное загрязнение вносят смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), применяемые при обработке деталей на металлорежущих станках с объемной долей веществ, %: триэтаноламин - 1, мылонавт - 2, олеиновая кислота - 0,5; кальцинированная сода - 1,5; нитрит натрия - 0,3; тринатрийфосфат - 1,5; жидкое стекло - 0,3 и др. В процессе механической обработки деталей смазочно-охлаждающие жидкости загрязняются механическими частицами с концентрацией до 20 г/л. В табл. 1 дана характеристика шлама, полученного отстаиванием сточных вод шлифовального участка.

Характеристика шлама	Вид шлифования
черное	получерновое	чистовое
Плотность, кг/м³	4075	3700	3150
Средний диаметр частиц, мм:
металических	0,8	0,65	0,5
абразивных	0,5	0,4	0,32
Содержание частиц в шламе, %:
металлических	95,5	92,5	90,5
абразивных	4,5	7,5	9,5
Количество шлама от одного станка, кг/ч	1,4	1	0,6

Защита водного бассейна проводится по направлениям: очистка сточных вод от механических примесей, очистка сточных вод от маслосодержащих примесей, очистка сточных вод от металлов и их солей, нейтрализация сточных вод, контроль состава сточных вод.

В соответствии с современными требованиями промышленные стоки перед сбросом в городскую канализацию, в водоёмы или на рельеф местности должны подвергаться предварительной очистке на локальных очистных сооружениях. Цель применения локальных очистных сооружений состоит в подготовке и очистке промышленных сточных вод к спуску на общезаводские или городские канализационные системы или к повторному использованию на производстве (оборотное водоснабжение).

Очистка промышленных сточных вод заключается в снижении концентраций жиров, нефтепродуктов, масел и взвешенных веществ.

При выборе способов и технологического оборудования для очистки сточных вод от примесей необходимо учитывать, что заданные эффективность и надёжность работы любого очистного устройства обеспечивается в определённом диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточной воды. Большинство цехов машиностроительных предприятий характеризуется постоянством расхода и состава сточных вод, однако в некоторых технологических процессах имеют место кратковременные изменения, что может существенно уменьшить эффективность работы очистных устройств или вывести их из строя.

Очистка сточных вод от твёрдых частиц в зависимости от их свойств, концентрации и фракционного состава на машиностроительных предприятиях осуществляется методами процеживания, отстаивания, отделения твёрдых частиц в поле действия центробежных сил и фильтрования. Процеживание – первичная стадия очистки сточных вод – предназначено для выделения из сточных вод крупных нерастворимых частиц размером до 25мм, а также более мелких волокнистых загрязнений, которые в процессе дальнейшей обработки стоков препятствуют нормальной работе очистного оборудования. Процеживание осуществляется пропусканием воды через решётки и волокноуловители.

Отстаивание основано на особенностях процесса осаждения твёрдых частиц в жидкости. При этом может иметь место свободное осаждение неслипающихся частиц, сохранивших свои формы и размеры, и осаждение частиц склонных к коагулированию и изменяющих при этом свою форму и размеры. Закономерности свободного осаждения частиц практически сохраняются при объёмной концентрации осаждающихся частиц до 1%, что соответствует их массовой концентрации не более 2,6 кг/м³.

Отделение твёрдых примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах.

Фильтрование сточных вод предназначено для очистки от тонкодисперсных твёрдых примесей с небольшой концентрацией. Процесс фильтрования применяется также после физико-химических и биологических методов очистки, так как некоторые из этих методов сопровождаются выделением в очищаемую жидкость механических загрязнений.

Очистка промышленных стоков методом напорной флотации. Для осуществления очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов, масел, взвешенных веществ и других нерастворимых в воде загрязнений, проектируются и строятся очистные сооружения на базе установок напорной безреагентной флотации типа «АФ» (аппарат флотационный). Кроме того, флотационная очистка промышленных сточных вод применяется как первая стадия в общей схеме очистных сооружений на нефтехимических, машиностроительных, пищевых, коммунальных и текстильных предприятиях, на водоканале, а также может быть использована на автотранспортных парках, железных дорогах и в других местах, где используются нефтепродукты.

Технология очистки промышленных сточных вод на установках типа «АФ» предусматривает:

насыщение воздухом загрязненных промышленных сточных вод под давлением;
активный процесс десорбции воздуха с образованием микропузырьков за счёт резкого падения давления;
всплывание образующихся при этом агрегатов и образование на поверхности флотационной емкости пены (нефтешлама);
удаление образовавшегося в процессе флотации шлама в шламовую емкость.

Биологическая очистка промышленных сточных вод - метод очистки промышленных стоков, при котором происходит минерализация (извлечение) органических веществ микроорганизмами-сапробионтами. Основан на биохимическом разложении органических веществ аэробными бактериями, а также уменьшении количества болезнетворных организмов в воде до пределов, установленных санитарно-гигиеническими требованиями.

Для осуществления очистки промышленных сточных вод близких по составу к хозяйственно-бытовым стокам (с невысоким содержанием БПК ≤ 350мг/л) - проектируются и строятся очистные сооружения на базе установок типа «БОС» (Биологическая Очистка Стоков), производительностью от 10 м3/сутки и более, предназначенных для биологической очистки сточных вод хозяйственно-бытового характера, к примеру технологических вод помывки стеклотары, помывки мясных и рыбных полупродуктов и т.д.

Технология очистки промышленных стоков на установках типа «БОС» предусматривает: развитие активного ила на специальной пластмассовой загрузке; чередование восстановительных и окислительных процессов; мелкодисперсную аэрацию; биофильтрацию; тонкослойную сепарацию осадка; автоматическое управление механическим оборудованием очистки промышленных стоков.

В результате экспериментальных исследований и производственных испытаний разработана технологическая схема сверхглубокой очистки сточных вод, которая включает в себя следующие процессы и сооружения: биологическая очистка в двухступенчатых аэротенках-отстойниках, доочистка от фосфатов, органики и взвешенных веществ на фильтрах-биореакторах, тонкая очистка на фильтрах с активным углем и озоном, обессоливание на ионообменных или на мембранных фильтрах, обеззараживание воды озоном, обработка осадка в аэробных стабилизаторах и обезвоживание на фильтр прессах или на иловых площадках. Наличие двух групп микроорганизмов с разными скоростями размножения обусловливает целесообразность осуществления ступенчатых процессов в аэротенке, когда в первой ступени происходит окисление углеродсодержащих загрязнений и аммонификация, а во второй - осуществляется нитрификация сточных вод. Одновременно процесс очистки сточных вод в аэротенках интенсифицирован за счет повышения рабочей концентрации активного ила.

Наиболее универсальным методом для глубокой доочистки сточных вод, в особенности от биорезистентных и токсичных соединений (СПАВ, фенолы и др.), которые необходимо удалять, является адсорбция на активированном угле. Одновременно для более полного использования сорбционной способности активного угля в технологической схеме используется окислительно-сорбционный способ доочистки сточных вод. Метод заключается во введении в воду окислителя (озона) и фильтрования через слой гранулированного угля.

2.3 Загрязнение почвы отходами

Твердые отходы в машиностроении образуются в процессе производства продукции в виде лома, шлаков и золы, шламов, осадков и пылей (отходы систем очистки воздуха) и др. Отходы от механической обработки образуются в виде высечки, обрезков, стружки и опилок и др.

Отвальные шлаки и прочие отходы производства, технология переработки которых еще не разработана, складируются и хранятся до появления новой (рациональной) технологии переработки отходов. Утилизация и ликвидация промышленных отходов проводится методами обработки твердых отходов, обезвреживание и захоронение радиоактивных отходов, утилизация и ликвидация осадков сточных вод.

2.4 Основные мероприятия по защите окружающей среды

В настоящее время разработаны и внедрены в производство ряд технологий, которые успешно борятся с проблемами экологии на предприятиях, к ним относятся:

политика, которая носит название «Более чистое производство» (БЧП) или в интерпретации ЮНИДО/ЮНЕП-Cleaner Production, к настоящему моменту она принята во всем мире как инновационная концепция, способная решить экологические проблемы предприятий;
биосорбционный метод глубокой очистки и доочистки сточных вод;
очистка технологического воздуха от твердых, газообразных, аэрозольных и жидких вредных примесей с помощью фильтров-пылегазоуловителей.

Безотходная технология является наиболее активной формой защиты окружающей среды от вредного воздействия выбросов промышленных предприятий. Под понятием «безотходная технология» следует понимать комплекс мероприятий в технологических процессах от обработки сырья до использования готовой продукции, в результате чего сокращается до минимума количество вредных выбросов и уменьшается воздействие отходов на окружающую среду до приемлемого уровня. В этот комплекс мероприятий входят:

1) создание и внедрение новых процессов получения продукции с образованием наименьшего количества отходов;

2) разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе способов очистки сточных вод;

3) разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

4) создание территориально-промышленных комплексов, имеющих замкнутую структуру материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

В настоящее время достигнуты успехи в области создания и внедрения безотходной технологии в ряде отраслей промышленности, однако полный перевод народного хозяйства на безотходную технологию потребует решения большого комплекса весьма сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научно-технических достижений. Поэтому до всестороннего внедрения безотходной технологии важными направлениями экологизации промышленного производства является:

1) совершенствование технологических процессов и разработку нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;

2) замена токсичных отходов на нетоксичные;

3) замена неутилизируемых отходов на утилизируемые;

4) применение пассивных методов защиты окружающей среды, которые включают комплекс мероприятий по ограничению выбросов промышленного производства с последующей утилизацией или захоронением отходов. На современном этапе развития промышленности пассивные методы защиты окружающей среды играют существенную роль, они постоянно совершенствуются и широко внедряются в технологические и эксплуатационные циклы во всех отраслях народного хозяйства.

В охране окружающей среды важную роль играют службы контроля качества окружающей среды, призванные вести систематизированные наблюдения за состоянием атмосферы, воды и почв для получения фактических уровней загрязнения окружающей среды. Полученная информация о загрязнениях позволяет быстро выявлять причины повышения концентраций вредных веществ в окружающей среде и активно их устранять.

Список использованной литературы

Белов, С.В. Охрана окружающей среды / С.В.Белов, Ф.А.Барбинов, А.Ф.Козьяков и др. - М.: Высшая школа, 2003. – С.264.
Каменская, А.А. Воздействие производств обработки металлов резанием машиностроительных предприятий на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба / А.А.Каменская, Р.И.Ковалова, В.М.Лабецкий; Ред. к.х.н. В.В.Бордунов. - Новосибирск, 2002. - 102 с.
Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособие для вузов, средних школ и колледжей. – 3-е изд./ Ю.В.Новиков. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005. – 736 с.
Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. / В.Ф.Протасов. – 3-е изд. – М.: Финансы и статистика, 2001. – 355 с.
Терехов, Л.Д. Исследование технологии магнитной и биологической очистки воды / Л.Д.Терехов, М.И.Коробко, Ю.М.Акимова. - Хабаровск: ДальГУПС, 2004. - 44 с.
Швецов, В.Н. Научное обоснование и разработка эффективных инженерно-технических решений технологических схем и методов расчета систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с территорий городов и промышленных предприятий / В.Н.Швецов, А.К.Хачатуров, Е.В.Мясникова и др. - М: НИИ ВКНГ, 2003. -133 с.