Меры борьбы для приоритетных загрянителей

Задание

На предприятии расположенном в Новосибирской области образуются отходы:

газообразные – 3589 м³/ч, содержащие 205 мг/м³ пыль нетоксичных металлов и их оксидов; 179 мг/м³ диоксид азота; 304 мг/м³ SO₂; 15 мг/м³ бензола; 6,5 мг/м³ бенз(а)пирена;

сточные воды – 3612 м³/сутки, содержащие 396 мг/л сульфат-ионов; 8 мг/л формальдегида;12 мг/л Cd; 6,9 мг/л СПАВ;

твёрдые – в количестве _____ т/год.

Предприятие работает 345 дней в году, режим работы – непрерывный.

Территория вокруг предприятия включает 10 % лесов II-й группы, 40 % лесов I-й группы, 30% территория промышленного предприятия, 20 % - населённый пункт с плотностью населения 190 чел/га.

Рассчитать возможный ущерб от деятельности предприятия в течение года. Предложить эффективные меттоды очистки газообразных выбросов и сточных вод от приорететных загрязнителей.

1. Оценка ущерба

1.1. Ущерб атмосфере

Ущерб атмосфере рассчитывается по следующей формуле:

, где

– удельный ущерб, который учитывает сроки введения природоохранных предприятий;

– поправка, учитывающая, что загрязнение происходит на территориях разного типа;

– поправка на рассеивание примесей в атмосфере;

– приведённая масса примесей.

В нашем случае : 144, где

К – коэффициент инфляции. За 2011 год он равен 1,372.

144 1,372=197,568 руб/усл.т

Из таблицы находим:

Тип загрязняемой территории
Леса I-й группы	0,2
Леса II-й группы	0,1
Территория промышленых предриятий	4,0
Территория населённых мест с плотностью населения 190 чел/га	0,1×190 = 19

, где

– зона активных загрязнений, дано в условии, тогда:

= 0,2 × 0,4 + 0,1 × 0,1 + 4,0 × 0,3 + 19 × 0,2 = 5, 09

Рассчитаем значение коэффициента для аэрозолей. В нашем случае КПД очистки равен 85 %, тогда:

, где

– поправка, зависящая от температуры,

– высота трубы, в нашем случае м,

– скорость ветра среднегодовая на уровне флюгера, в нашем случае U = 4 м/с.

рассчитывается по формуле:

, где

– разность между среднегодовыми температурами отходящих газов и температурой окружающей среды, в нашем случае °С, тогда

,

Значение коэффициента для газов вычисляется по формуле:

.

Приведённая масса примесей рассчитывается по формуле:

, где

– масса выброса i-примеси, т/год;

– коэффициент относительной агрессивонсти i-примеси.

Коэффициент относительной агрессивности зависит от ПДК и характера вещества:

, где

– показатель относительной опасности воздействия вещества на человека инголя-ционным путём;

– поправка на возможность воздействия вещества на человека неинголяционным путём (например через кожные покровы);

– поправка, связанная с возможностью воздействия вещества на других реципиентов;

– поправка на вероятность повторного попадания веществ в атмосферу;

– поправка на вероятность образования в атмосфере вторичных более токсичных соединений.

Показатель характеризует относительную опасность присутствия примеси i-го вида в воздухе, вдыхаемом человеком, по отношению к уровню опасности условного загрязняющего вещества – оксида углерода:

, где

– среднесуточная предельно допустимая концентрация примеси, мг/м³ (для монооксида углерода = 3 мг/м³ );

– предельно допустимое значение средней за рабочую смену концентрации вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³ (для монооксида углерода = 20 мг/м³ ).

Таким образом, предельно допустимые концентрации, показатели агрессивности и

опасности некоторых веществ в атмосферном воздухе можно представить в виде таблицы:

Загрязняющее вещество	мг/м3	мг/м3	усл.т/т
Пыль нетоксичных металлов и их оксидов	0,15		6,32		1,2			15,18
Диоксид азота	0,04		17,32		1,5			25,98
Диоксид серы	0,05		10,95		1,5			16,43
бензол	0,1		10,95					21,9
Бенз(а)пирен	10-6	1,5×10-4	6,3×105					1,26×106

Рассчитаем, исходя из данных задачи, массу выброса i-примеси в год. Общий объём выбросов в атмосферу составит:

V = 3589 м³/ч = 3589 24 345 м³/год = 29, 717 м³/год.

Соответственно масса выброса i-примеси:

, где

– концеентрация i-примеси в т/м³.

Приведённая масса примесей тогда составит:

Загрязняющее вещество	, т/м3	, т/год		, усл.т/год
Пыль нетоксичных металлов и их оксидов	205	6,09	15,18	92,45
Диоксид азота	179	5,32	25,98	138,21
Диоксид серы	304	9,03	16,43	148,36
Бензол	15	0,446	21,9	9,77
Бенз(а)пирен	6,5	0,193	1,26×106

Ущерб атмосфере от i-примеси рассчитаем по приведённой выше формуле:

Загрязняющее вещество	, руб/усл.т			, усл.т/год
Пыль нетоксичных металлов и их оксидов	197,568	5,09	1,461	92,45
Диоксид азота	0,235	138,21
Диоксид серы	148,36
Бензол	9,77
Бенз(а)пирен		57,47
	57,68

1.2. Ущерб для водоёмов

Ущерб для водоёмов рассчитывается по следующей формуле:

, где

– удельный ущерб, который учитывает сроки введения охранных предприятий;

– поправка, учитывающая, опасность загрязнения в том или ином регионе;

– приведённая масса примесей.

В нашем случае:

, К=1,372

Поправка в Новосибирской области (юго-восточная часть) составляет = 0,34. Приведённая масса i-примеси рассчитывается по формуле:

, где

– предельно допустимая концентрация i-примеси в водоёмах рыбохозяй-ственного назначения.

Рассчитаем, исходя из данных задачи, массу выброса i-примеси в год. Общий объём выбросов в водоёмы составит:

V = 3612 м³/сут = 3612 345м³/год = 2,178 м³/год.

Соответственно масса выброса i-примеси:

, где

– концеентрация i-примеси в т/м³.

Тогда в соответствии со справочными таблицами и условиями задачи:

Загрязняющее вещество	, т/м3	, т/г	, мг/л	, усл.т/год
Формальдегид	0,008		0,01	1,74
Кадмий	0,012		0,005	5,23
СПАВ	0,0069		0,1
Сульфат-ион	0,396			8624,88

Ущерб для водоёмов от i-примеси рассчитаем по приведённой выше формуле:

Загрязняющее вещество	, руб/усл.т		, усл.т/год
Формальдегид		0,34	1,74	19,48
Кадмий	5,23	58,55
СПАВ		1,68
Сульфат-ион	8624,88	96,56
	79,81

1.3. Суммарный ущерб

Общий ущерб и доля в общем ущербе i-примеси определяются по формулам:

57,68 + 79,81 =79,868 ,

.

Итоговая таблица:

Загрязняющее вещество	, %	Приоритет
атмосфера	Пыль нетоксичных металлов и их оксидов	0,170
Диоксид азота	0,041
Диоксид серы	0,044
Бензол	2,9
Бенз(а)пирен	71,96
водоёмы	Формальдегид	24,4
Кадмий	73,31
СПАВ	2,1
Сульфат-ион	0,121

Меры борьбы для приоритетных загрянителей

2.1. Кадмий

В природные воды кадмий поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами.

В воде кадмий находится в растворенной форме (сульфат, хлорид, нитрат кадмия) или входит в состав органических минеральных комплексов во взвешенном состоянии.

ВОЗ приводит данные о содержании кадмия в незагрязненной воде порядка 0.02 - 0.3 мкг/л. В загрязненных районах его концентрация доходит до 10 мкг/литр.

Кадмий является одним из самых токсичных тяжелых металлов. По нормам СанПин он относится ко 2-му классу опасности. Кадмий как и другие тяжелые металлы накапливается в организме до 30-50 мг: в почках 30-60%, в печени 20-25%.

Опасность представляют все химические формы кадмия. Смертельной для человека может быть одноразовая доза в 30-40 мг. Особенностью кадмия является большое время удержания: за 1 сут из организма выводится около 0,1 % полученной дозы

Избыточное поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек. Избыток кадмия вызывает и усиливает дефицит Zn и Se.

Весьма демонстративен пример с болезнью "итай-итай". Это заболевание было впервые отмечено в Японии в 1940-х гг. и характеризовалось сильными болями, деформацией скелета, переломами костей, повреждением почек. Спустя 15-30 лет более 150 человек погибли от хронического отравления кадмием. В основе этого отравления — орошение рисовых чеков и соевых плантаций водой из р. Дзинцу, загрязненной кадмием из стоков цинкового рудника. Концентрация кадмия в рисе была на порядок больше, чем обычно, он и аккумулировался в организме жителей.

Кадмий достаточно эффективно удаляется из воды при известковом умягчении (более 98% при рН воды в диапазоне 8.5-11.3) и коагуляции (с помощью сульфата железа - более 90% при рН около 8, но только 30% при рН=7. Алюмо-коагулянты менее эффективны - степень удаления кадмия составляет порядка 50% при рН от 6.5 до 8.5).
Очень эффективен ионный обмен. Стандартные катионообменные умягчители удаляют из воды 99% кадмия. Системы обратного осмоса гарантированно удаляют не менее 90% кадмия. Действенным методом является дистилляция.

Одноклеточные цианобактерии вида Nostoc muskorum утилизируют кадмий. Ностоки живут в губительной для других цианобактерий среде по полгода, потому что извлекают из воды соли кадмия иначе. Кадмий не проникает внутрь их клетки, чтобы связаться с жизненно важным белком, он застревает в ее слизистой оболочке, откуда и берет серу для создания сульфида кадмия. Это вещество не растворяется в воде и потому не так опасно для человека, даже при попадании в организм оно, скорее всего, просто выйдет, не задерживаясь. В оболочке клетки скапливаются и кристаллы чистого кадмия, который образуется внутри кристаллов сульфида кадмия под воздействием солнечного света.

2.2. Формальдегид

Формальдегид поступает в водную среду с промышленными и коммунальными сточными водами. Он содержится в сточных водах производств основного органического синтеза, пластмасс, лаков, красок, лекарственных препаратов, предприятий кожевенной, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. Это опасное для окружающей среды и человека вещество широко используется при изготовлении фенолоальдегидных смол.
В дождевой воде городских районов зарегистрировано присутствие формальдегида. Формальдегид - сильный восстановитель. Он конденсируется с аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде формальдегид подвергается биодеградации. В аэробных условиях при 20°С разложение продолжается около 30 часов, в анаэробных - примерно 48 часов. В стерильной воде формальдегид не разлагается. Биодеградация в водной среде обусловлена действием Pseudomonas, Flavobacterium, Mycobacterium, Zanthomonas.
Подпороговая концентрация, не влияющая на санитарный режим водоемов и сапрофитную микрофлору, составляет 5 мг/дм³; максимальная концентрация, не вызывающая при постоянном воздействии в течение сколь угодно длительного времени нарушение биохимических процессов, - 5 мг/дм³, максимальная концентрация, не влияющая на работу биологических очистных сооружений, - 1000 мг/дм³.

Формальдегид оказывает общетоксическое действие, вызывает поражение ЦНС, легких, печени, почек, органов зрения. Возможно кожно-резорбтивное действие. Формальдегид обладает раздражающим, аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием.

В соответствии с действующим ГОСТ, очистка сточных ливневых вод от формальдегида до уровня, не превышающего концентрацию 2,8%, является обязательной. Помимо соответствия предприятия законодательным требованиям, очистка стоков от формальдегидовпозволяет обеспечивать существенную экономию, потому что вещество может повторно использоваться в технологическом процессе.

Одним из используемых методов является адсорбция - водоочистка стоков от формальдегида активированным углем. Более распространенным является метод конденсации, потому что он значительно эффективнее.
В процессе конденсации под воздействием щелочной и кислотной сред образуется смола, то есть жидкость разделяется на концентрированную смолу и чистую составляющую. Параллельно обеспечивается серьезное умягчение состава.Очистка сточных вод, содержащих формальдегидные компоненты, путем конденсации является самым экономически целесообразным методом, позволяющим повторно использовать выделенные смолы в производстве.

Известены способы очистки альдегидсодержащих сточных вод, включающие биологическую очистку специальной аэробной микрофлорой, предварительно выращенной на органических соединениях, а ткже способы биохимического окисления специальной микрофлорой, включающий введение биогенных добавок. Недостатком этих методов является сравнительно низкая степень очистки (около 70 %).

Биохимическую очистку сточных вод осуществляют микрофлорой активного ила, предварительно выращенной на органических соединениях, содержащихся в сточных водах, содержащего род Bacillus, Bacterium, Pseudomonas при подаче питательного раствора. В этом случае степень очистки сточных вод от формальдегида увеличивается до 90 – 98 %.

Известен способ очистки сточных вод от формальдегида аммиачной водой.
Продукты взаимодействия формальдегида с аммиаком нетоксичны. Однако используемый аммиак относится к токсичным веществам, работа с которыми требует дополнительных охранных мер и усложненного оборудования. Следует учесть, что ПДК аммиака среднесуточная составляет: ПДКсс=0,04 мг/м3.

2.3. СПАВ

Синтетические поверхностно-активные вещества. СПАВ — группа химических соединений, присутствие которых в сточных водах особенно угрожает санитарному состоянию водоема (водоприемника) и резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений. Появляются СПАВ в сточных водах в результате широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов. Наибольшее применение СПАВ находят в нефтяной, текстильной и кожевенной промышленности. В бытовых моющих средствах содержание активного агента достигает 20—30%.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионоактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75—80% всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионоактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO₃Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO₃Na (с числом углеродных атомов 12—15) и алкиларилсульфонаты R—C₆Н₄—SO₃Na (с числом углеродных атомов в радикале 5—18). Наличие СПАВ в стоках сказывается на эффективности производительности первичных отстойников: ухудшается оседание взвеси, замедляются биохимические процессы и в отстойниках появляется пена. Присутствие СПАВ в водоемах также негативно влияет и на их процесс самоочищения от остаточных загрязнений, поступаемых с очищенными водами. Не зависимо от вида СПАВ, по отношению к их степени биохимической окисляемости, подразделяют на три категории: «мягкие» - удаление и окисление при биологической очистке сточных вод составляет 75-85%, «промежуточные» - 60% и «жесткие» - меньше 60%. ПДК сооружениях биологической очистки для значительной части СПАВ составляет 10-20 мг/л. Нормы СНиП не допускают сброс в канализацию «жестких» СПАВ.

В настоящее время для очистки сточных вод от СПАВ широко применяются электрохимические методы, например электрокоагуляцию.
Известен способ очистки сточных вод от поверхностно-активных веществ согласно которому сточные воды подвергают обработке хлоридом кальция с последующей электрокоагуляцией с алюминиевым анодом при плотности тока 0,010-0,12 А/см2 в течение 15-12 мин.

Как правило, сточные воды сложно очищать от СПАВ каким-то одним методом. Поэтому часто применяются технологии очистки, сочетающие различные способы, например электрокоагуляцию и сорбцию.

Озонирование широко распространено и является эффективным методом окислительной деструкции СПАВ.Окисление СПАВ в сточных водах позволяет снизить концентрации содержащихся в них алкилбензолсульфонатов и алкифенолов до требуемой степени (по ПДК) при приемлемых по технико-экономическим соображениям расходах окислителя. Но перед окислением сточная вода должна быть освобождена от взвешеных веществ фильтрованием, т.к. СПАВ сорбируется на их поверхности, что затрудняет процесс окисления.