Охрана окружающей среды и эколого-экономические расчеты

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ Сборник практических работ по дисциплине «Экология» для студентов всех специальностей

Иркутск 2002

УДК 504.3: 504.4 Сборник практических работ предназначен для подготовки и проведения практических работ по курсу «Экология» для студентов всех специальностей ИрИИТа. Рассмотрены вопросы оценки ущербов от загрязнения водоемов и атмосферного воздуха объектами железнодорожного транспорта. Описаны принципы действия и конструктивные решения технических средств очистки сточных вод и отходящих газов. Приведены методики экологоэкономической оценки и планирования природоохранных мероприятий, а также схема расчета характеристик нефтеловушки. Ил. 8.

Табл. 14.

Библиогр.: 17 назв.

Прил. 5

Составители: д-р. геогр. наук, проф., член-корр. АВН С.П. Никитин; аспирант А.А. Машуков. Кафедра безопасности жизнедеятельности и экологии

Рецензенты: д-р. геогр. наук, академик АВН Л.М. Корытный, институт географии СО РАН; канд. техн. наук В.Г. Мышков, зав. кафедрой вагонов и вагонного хозяйства ИрИИТа

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 Практическая работа № 3. УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КОТЕЛЬНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Практическая работа № 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ДИЗЕЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПЛАТЕЖЕЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ПЕРЕДВИЖНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Практическая работа № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Практическая работа № 6. ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ПЛАНИРОВАНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Практическая работа № 7. РАСЧЕТ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРОМЫВОЧНО-ПРОПАРОЧНОЙ СТАНЦИИ (ППС) 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 и расчетного анализа существующих или разрабатываемых технических решений в 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 от 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 (депо, ремонтные заводы, промывочнопропарочные станции и др.) сбрасывают сточные воды, различные по структуре и происхождению и подлежащие очистке от примесей. В зависимости от условий происхождения различают три основных вида сточных вод [6, 9]: А. 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. Б. 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. В. Промышленные (пр

оизводственные) стоки образуются в депо и на других ремонтных предприятиях в результате обмывки подвижного состава и его деталей, а также при других производственных операциях. Краткие сведения о загрязнении водных ресурсов предприятиями железнодорожного транспорта приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1 Предприятия - загрязнители водных ресурсов на железнодорожном транспорте Предприятия Загрязняющие вещества Вагонные и локомотивные депо; ремонтные заводы

Нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов, шлак, песок и др.

Щебеночные заводы

Взвешенные вещества, нефтепродукты и др.

Промывочно-пропарочные станции (ППС) Шпалопропиточные заводы (ШПЗ) Дезинфекционно-промывочные станции (ДПС) Прочие предприятия (автобазы, 1

Нефтепродукты, ПАВ (поверхностно-активные вещества), взвешенные вещества, фосфаты, БПК1, тетраэтилсвинец2 и др. Фенолы, взвешенные вещества, сухой остаток, хлориды, нитраты и др. Остатки грузов (навоз, солома), дезинфицирующие вещества (каустическая сода, хлорная известь и др.), бактерии Взвешенные вещества, нефтепродукты

БПК – биохимическая (биологическая) потребность в кислороде; концентрация БПК – концентрация кислорода, необходимая для полного разложения органических веществ, попавших в сточные воды со стоками предприятия. 2 Тетраэтилсвинец присутствует в стоках при обработке на ППС цистерн из-под этилированного бензина

склады ГСМ, ремонтные мастерские и и др. др.) Физическая масса годового сброса (фактический сброс) i-ой примеси, т/год, определяется из следующего соотношения: mi = ci⋅V⋅10−3,

(1.1)

где ci – среднегодовое значение концентрации i-го вещества, определяемое регулярным лабораторным анализом, мг/л; V – объем годового сброса сточных вод, тыс. м3. Платежи предприятия за нормативный сброс i-го загрязняющего вещества в водоемы, тыс. руб./год, определяются зависимостью [5]

П н.i = П уд.н.i ⋅ m i ⋅ 10 −3 или

П н.i = П уд.н.i ⋅ m н.i ⋅10 −3

при Сi ≤ ПДКi (mi ≤ mнi), при Сi > ПДКi (mi > mнi),

(1.2) (1.3)

где ПДКi − предельно-допустимая концентрация i-го загрязняющего вещества. Под предельно-допустимой концентрацией (ПДК) загрязняющего вещества понимается концентрация загрязняющего вещества в единице природной среды, которая не оказывает отрицательного (прямого или косвенного) воздействия на живой организм. Пуд.нi – ставка платы за сброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов сбросов, руб.; mнi – масса нормативного сброса i-го загрязняющего вещества, т/год; определяется по формуле mнi = ПДКi⋅V⋅10−3.

(1.4)

Ставка платы, руб./т, за нормативный сброс i-го загрязняющего вещества определяется по формуле Пуд.нi = Нбл.i⋅Кэ.вод⋅Ки,

(1.5)

где Нбл.i − базовый норматив платы за сброс i-го загрязняющего вещества, руб./т; Кэ.вод – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости поверхностного водного объекта; для рек бассейна Енисея К э.вод = 1,7; Ки – коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 1. Плата за сверхнормативный сброс i-го загрязняющего вещества взимается в пятикратном размере и определяется путем умножения соответствующей ставки платы на разницу между фактическим и нормативным сбросом i-го загрязняющего вещества:

П сн.i = 5 ⋅ П уд.н.i ⋅ (m i − m нi ) ⋅ 10 −3 при Сi > ПДКi (mi > mнi). Псн.i = 0 при Сi ≤ ПДКi (mi ≤ mнi).

(1.6)

Суммарные платежи предприятия за сброс сточных вод определяются по формуле n

n

i =1

i =1

П = ∑ П н.i + ∑ П сн.i .

(1.7)

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. Значения ПДК и ставка платы устанавливаются в договоре. Значения годового объема сточных вод и концентраций загрязняющих веществ (по вариантам) приведены в табл. 1.2: Таблица 1.2 Исходные данные к практической работе

№ варианта

V, тыс.м3/ год

Азот аммонийный

Фенолы

Нефтепродукты

ПАВ

Фосфаты

Взвешенные вещества

БПК полн.

Железо

Медь

Концентрации загрязнителей, мг/л

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

240 260 280 300 320 0,9 1,2 1,5 1,8 2 230 250 270 290 310 1 1,3 1,6 1,9 2,2

2,35 0,79 1,29 5,9 2,64 4,4 1,31 1,78 5,9 3,62 3,15 2,88 0,81 4,52 1,82 1,54 5,14 2,65 4,29 4,8

0,064 0,094 0,16 0,08 0,072 0,3 0,048 0,43 0,07 0,21 0,087 0,092 0,101 0,071 0,154 0,24 0,096 0,197 0,09 0,088

6,29 24 12,06 13,04 18,2 0,09 2,04 9,82 3,53 8,37 11,16 21,69 7,62 15,79 22,74 6,65 7,15 4,56 2,7 0,98

0,055 0,102 0,13 0,46 0,092 7,2 0,21 0,17 1,1 0,18 0,227 0,114 0,34 0,069 0,317 0,94 4,32 1,16 0,63 0,37

0,15 0,026 0,53 0,61 0,34 0,11 0,22 0,21 0,6 0,28 0,46 0,59 0,18 0,098 0,38 0,59 0,17 0,33 0,14 0,52

10 17,3 32,5 14,7 22,6 0,58 1,64 20 13 18,5 18,3 29,7 12 18,8 20,6 19,5 17,4 12,8 6,25 14,4

37,1 40,4 84 95,4 51,7 14 17,3 78,3 98 28,3 64,2 78 94,6 53,7 68,5 18,6 86,1 43 58,4 75

1,8 1,62 2,45 1 1,53 32,7 1,64 2,45 1,2 1,47 1,78 2,22 1,14 1,5 2,11 4,45 3,5 1,83 2,32 1,77

0,061 0,055 0,24 0,064 0,086 1,1 0,008 0,055 0,01 0,038 0,094 0,107 0,217 0,085 0,168 0,071 0,042 0,06 0,077 0,068

Расчет платежей по каждому варианту сводится в таблицу: Таблица 1.3

3

Индивидуальная таблица расчетов платежей. V = тыс.м /год i Ингредиенты ci, мг/л mi, т/год ПДКi, мг/л Нбл.i, руб./т 1 Азот аммонийный 2 Фенолы

1

6875,8

0,0018

2749700

3 Нефтепродукты

0,05

54994

4 ПАВ

0,09

5499,4

5 Фосфаты

0,29

13751,6

6 Взвешенные вещ-ва

6,67

3658

7 БПК полн.

3,33

905,2

1

27497

0,0018

2749700

8 Железо 9 Медь Σ

Пн.i Псн.i тыс. руб/год

Σ

Σ

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 сооружений определяются дисперсным составом и концентрацией загрязнений, видами примесей, объемом сточных вод. Показателями качества воды – несущей среды сбросов – являются значения концентраций в ней вредных веществ сi. То же можно сказать и о воздухе. Эффективность очистки ηi сточных вод (отходящих газов) от i-го загрязняющего вещества определяется по формуле

ηi =

C i.вх − C i.вых C i.вх ,

(1.8)

где сi.вх – концентрация i-го загрязняющего вещества на входе в устройство, мг/л (мг/м3); сi.вых – концентрация i-го загрязняющего вещества на выходе из устройства, мг/л (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 очистки в какомлибо одном устройстве практически невозможно. Отмеченное определяет необходимость применения системы n последовательно соединенных аппаратов, которая дает общую эффективность по i-й примеси: ηi = 1 – (1 – ηi1)⋅(1 – ηi2)⋅…⋅(1 – ηin),

(1.9)

где ηij – 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, флотация, 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 объёме 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 капелек масла пузырьками воздуха, вводимого в сточную воду, и их последующего всплывания. Эффективность образования агрегатов «частица масла - пузырьки воздуха» зависит от размеров 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 из 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 нём равномерно поступает в объём флотатора. Навстречу потоку воды по трубопроводу 2 подаётся 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 к поверхности. Образующаяся таким образом пена скапливается между зеркалом воды и крышкой флотатора, откуда она 2 отсасывается центробежным вентилятором 6 и по трубопроводу 3 6 5 направляется на утилизацию. Взвешенные вещества и другие твердые 3 примеси оседают в шламосборник, откуда по мере накопления периодически удаляются для утилизации или захоронения. В процессе 7 1 4 встречного движения кислород воздуха окисляет органические примеси и повышает концентрацию О2 в воде за счёт аэрации. Очищенная сточная вода огибает перегородку и переливается в приёмный бак 7, откуда по трубопроводу 4 подаётся 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 – шлам катионы. В качестве коагулянтов используют известковое молоко, соли алюминия, железа, магния, цинка, углекислый газ и др. Рис. 1.1. Флотационная установка Между молекулами флокулянтов и мелкими частицами загрязнений в воде 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), твёрдых частиц и масляных фракций (например, нефтепродуктов). Гидроциклон также может использоваться в оборотных системах водоснабжения, он может являться частью 2 технологического оборудования (например, использоваться в моечной машине очистки моющей жидкости). Загрязненные сточные воды вводятся через патрубок, тангенциально ориентированный по отношению к внутренней поверхности корпуса. масло Вследствие возникшего закручивания тяжёлые твёрдые частицы отбрасываются во внешний вращающийся слой (к стенкам гидроциклона), где их скорость снижается при трении о корпус; при этом становится эффективным гравитационный механизм 3 осаждения, и твёрдые частицы опускаются по стенкам в шламосборник, откуда по мере накопления периодически удаляются. Напорные гидроциклоны применяют для 1 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, шлам речь шла выше; два других слоя попадают в соответствующие выходные камеры. Рис. 1.2. Гидроциклон 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 при пуске устройства или при наличии в стоке газовых включений. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

3 Биологическая очистка стоков от органических веществ* осуществляется в ряде устройств, выступающих чаще всего последней ступенью осаждения перед сбросом сточных вод в канализацию или 4 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 5 многоклеточные (коловратки, черви, личинки насекомых и др.). Одной 1 6 из основных задач устройств биологической очистки является также восстановление содержания кислорода в сбрасываемых водах, что способствует процессам самоочищения в природных водоёмах. Обе цели достигаются в биологическом фильтре (рис. 1.3). Загрязнённая органическими веществами и заметно Рис. 1.3. Биологический фильтр обескислороженная в технологических процессах вода подаётся по трубопроводу 2 и через насадки 3 равномерно разбрызгивается по всей площади фильтра. Далее вода движется сквозь загрузку из кусков твёрдого материала (шлака, щебня, гравия и др.), на поверхности которого самопроизвольно образуется биологическая плёнка. Разложение органических веществ стока микроорганизмами плёнки протекает достаточно интенсивно благодаря большой удельной поверхности насадки и выбору оптимальных параметров состояния системы, в частности температуры, водородного показатель рН и содержания кислорода: последний активизирует процессы 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 во 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 фенолсодержащие сточные воды предварительно проходят очистку

2

*

Они характерны, например, для стоков промывочно-дезинфекционных станций, обеспечивающих необходимое санитарное состояние подвижного состава для перевозки скоропортящихся грузов перед повторным его использованием.

методом озонирования, которым можно очищать стоки, содержащие фенолы в концентрации до 1000 мг/л. Конечными продуктами окисления фенола являются углекислый газ и вода. С увеличение 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 воде свыше 0,5 мг/л биохимические процессы замедляются, а при 10 мг/л почти совсем прекращаются. Недопустимо применение биологической очистки для стоков, содержащих тетраэтилсвинец. Таблица 1.4 Эффективность очистки сточных вод техническими средствами Наименование технического средства очистки

Используемый принцип

Флотатор

Флотация

Гидроциклон

Инерционное разделение

Удаляемые загрязнители Нефтепродукты, ПАВ Взвешенные вещества БПК Азот аммонийный Фосфаты, медь Железо

0,8 - 0,99 0,95 - 0,99 0,25 - 0,85 до 0,25 до 0,8 до 0,9

Нефтепродукты

до 0,5

Взвешенные вещества

до 0,7

Фенолы Биологическая очистка БПК полн. Взвешенные вещества * попутно удаляются нефтепродукты с такой же эффективностью ** с учетом предварительной очистки в песколовке Установка биологической очистки

Эффективность

до 0,999* до 0,75 до 0,6**

Оформление отчета В пояснительной записке наряду с результатами расчетов заданного варианта дать ответы на следующие вопросы: 1. 1. Сформулировать понятия и указать смысл категорий экологического ущерба и платежей при сбросе сточных вод в природный водоем. 2. 2. Указать предприятия-загрязнители водных ресурсов на железнодорожном транспорте. 3. 3. Привести расчетные формулы для вычисления массы сброса ингредиентов загрязнений, а также платежей за сброс сточных вод в водоемы; указать особенности определения платы за сброс сточных вод в канализацию. 4. 4. Перечислить характерные принципы осаждения примесей из сточных вод, дать примеры конструктивных решений и схем действия устройств водоочистки. 5. 5. На основании полученных значений платежей сделать вывод о том, от каких ингредиентов в первую очередь следует очищать стоки и какие технические средства необходимо использовать для этого.

Практическая работа № 2 УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КОТЕЛЬНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Цель работы: оценка ущербов от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газов котельными 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 загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу линейными

предприятиями, приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных, около 5 % 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 загрязняющих 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] МТВ = qт⋅m⋅f⋅(1− Lт),

(2.1)

где

qт – 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; Lт – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной Lт = 0,85. Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле МСО = ССО⋅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; ССО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т: ССО = q2⋅R⋅Qir,

(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; Qir – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил.1). Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле МNO2 = m⋅ Qir ⋅KNO2⋅(1−β)⋅10−3,

(2.4)

где KNO2 – параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута KNO2 = 0,11; для угля KNO2 = 0,23; β - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью до 30 т/час β = 0. Валовый выброс оксидов серы, т/год, определяется только для твердого и жидкого топлива по формуле MSO2 = 0,02⋅m⋅Sr⋅(1−η′SO2)⋅(1−η′′SO2),

(2.5)

Sr – содержание серы в топливе, % (прил. 1); η′SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для углей Канско-Ачинского бассейна принимается равной 0,2, экибастузских – 0,02, прочих углей - 0,1; мазута – 0,2; η′′SO2 – доля оксидов серы, улавливаемая в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной 0. Расчет выбросов пятиокиси ванадия, поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, выполняется по формуле где

MV2O5 = CV2O5⋅В′⋅(1−ηОС)⋅(1−ηт)⋅10−3, где

В′ - количество израсходованного мазута за год, т;

(2.6)

СV2O5 – содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе, г/т; (при отсутствии результатов анализа топлива для мазута с Sr > 0,4% определяют по формуле (2.7); ηОС – коэффициент оседания пятиокиси ванадия на поверхности нагрева котлов: 0,07 – для котлов с промежуточными паронагревателями, очистка поверхностей нагрева которых производится в остановленном состоянии; 0,05 – для котлов без промежуточных паронагревателей при тех же условиях очистки (принять при расчетах); 0 – для остальных случаев; ηт – доля твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (оценивается по средним показателям работы улавливающих устройств за год). В практической работе принимается ηт = 0,85. Содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе ориентировочно определяют по формуле СV2О5 = 95,4⋅ Sr − 31,6.

(2.7)

Для каждого источника загрязнения воздушной среды устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. ПДВ устанавливаются с учетом ПДК загрязняющих веществ, уровня их фоновых концентраций, гидрологических, гидрохимических, климатологических, геофизических характеристик территорий и природных объектов. Сущность внедрения ПДВ – ограничение разовых выбросов [17]. Предельно-допустимый выброс (ПДВ) – масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создает в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК. Платежи предприятия за нормативный выброс загрязняющих веществ в атмосферу, тыс. руб./год, определяются зависимостью [5] n

П = ∑ П уд.н.i ⋅ М i ⋅ 10 −3 i =1

при Мi ≤ МПДВi,

(2.8)

где Пуд.нi – ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах ПДВ, руб.;

Мi – фактическая масса выброса i-го загрязняющего вещества, т/год; МПДВi – масса предельно-допустимого выброса i-го загрязняющего вещества, т/год. Ставка платы, руб./т, за нормативный выброс i-го загрязняющего вещества определяется по формуле Пуд.н.i = Нбл.i ⋅ Кэ.атм⋅Ки,

(2.9)

где Нбл.i − базовый норматив платы за выброс i-го загрязняющего вещества, руб./т; Кэ.атм – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы; для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.атм = 1,4; Ки – коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 90. При отсутствии нормативов ПДВ для источника выбросов в атмосферу плата за загрязнение считается сверхнормативной и взимается в пятикратном размере. В практической работе принимается, что масса выбросов котельной не превышает имеющихся значений ПДВ во всех вариантах заданий, поэтому эти нормативы не приводятся. В практической работе требуется определить массы выбросов загрязняющих веществ в зависимости от вида и количества израсходованного топлива (Мi), годовой ущерб от загрязнения атмосферы каждым из загрязняющих веществ (Пi) и суммарные значения этих величин (М, П). Результаты расчетов сводятся в таблицу по типу табл. 2.1. Исходные данные к практической работе приведены в табл. 2.2. Таблица 2.1 Индивидуальная таблица расчетов ущербов от загрязнения атмосферы Пi, Нбл.i, руб./т i Ингредиенты загрязнения Mi, т/год тыс.руб./год уголь мазут 1 Зола 0,17 8,25 2 Оксид углерода (CO) 0,005 3 Оксиды азота (NOх) 0,42 4 Оксиды серы (SOх) 0,33

5 Пятиокись ванадия (V2O5)

Σ

ИТОГО

8,25 Σ Таблица 2.2

Исходные данные № вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Вид топлива уголь Азейский мазут высокосернистый уголь Черемховский мазут сернистый уголь Канско-Ачинский мазут малосернистый уголь Бурятский уголь Минусинский уголь Черемховский уголь Азейский уголь Азейский мазут высокосернистый уголь Черемховский мазут сернистый уголь Канско-Ачинский мазут малосернистый уголь Бурятский уголь Минусинский уголь Черемховский уголь Азейский

Расход топлива, т/год 10000 2400 12000 2700 15000 3000 13000 12500 16000 20000 9000 2000 14000 2500 18000 3500 11000 15000 10000 17500

5

6

2

1

4

3

С целью снижения вредных выбросов в атмосферу, возникающих при сжигании топлива в топках котельных, а также в других технологических процессах следует применять технические средства очистки газов. Эти технические средства реализуют ограниченный набор различных принципов действия (эффектов осаждения): гравитационный, инерционный, поверхностное взаимодействие, сорбционный, химический, электроосаждение и ряд других [7, 11]. Эффективность технических средств очистки газов определяется по формулам (1.7) и (1.8) аналогично эффективности технических средств очистки сточных вод (см. практ. работу № 1). В рамках любого из них созданы разнообразные по конструктивному решению устройства, отвечающие требованиям конкретного производства, эффективности, технической эстетики и т.д. В практической работе рассмотрены схемы трех типов очистных устройств, каждое из которых реализует некоторый принцип осаждения.

ЦИКЛОН Получил наибольшее распространение в промышленности и на предприятиях транспорта вследствие простоты конструкции. Осаждение твердых (пыль, зола, окалина) и жидких (капли) частиц основано на действии 7 инерционных сил, проявляющихся при изменении скорости или направления потока. На рис. 2.1 изображена схема циклона для сухой очистки запыленного потока газа. Здесь инерционный принцип реализован путем закрутки потока 3 Рис. 3.1. Циклон при тангенциальном, по касательной к внутренней поверхности цилиндрического (конического) корпуса 1, вводе 2. Относительно тяжелые твердые частицы, стремясь сохранить прямолинейное движение, выносятся к поверхности корпуса, за счет действия сил трения теряют свою скорость и стекают по стенкам вниз (гравитационное осаждение) в приемный бункер 4. Сконцентрированная в бункере пыль периодически удаляется через заслонку (затвор) в днище (поток 7). Конструкция заслонки должна обеспечивать приемлемую герметичность корпуса, так как из-за подсоса наружного воздуха возможен вынос пыли в поток очищенного газа 6 через выходную

трубу 5. Вихрь запыленного потока, совершив опускное вращательно-поступательное движение, в нижней части корпуса вынужден изменить на 180° направление своего перемещения и по приосевому объему устремиться вверх к единственному выходу – трубе 6. В момент крутого поворота происходит дополнительное осаждение твердых частиц непосредственно в бункер. Циклон относится к устройствам грубой (предварительной) очистки газового потока: он улавливает относительно крупные частицы (20 – 300 мкм) с КПД η = 0,6…0,85. Инерционный принцип может быть осуществлен и иным образом: искусственной закруткой потока газа (ротационный и вихревой циклоны и др.). Существует оптимальное по эффективности значение скорости потока в корпусе циклона (около 3,5 м/с). При больших расходах очищаемого газа оно выдерживается путем распараллеливания потока по совокупности одинаковых циклонов, конструктивно оформленных в одном корпусе (например, батарейный циклон ЦН-15х4).

1

5

2

3 4

6 Рис. 2.2. Скруббер с трубой Вентури

СКРУББЕР Скрубберы (от англ. scrub – чистить) относятся к аппаратам мокрой очистки отходящих газов от всех видов примесей: твердых частиц и капель жидкости (размером свыше 1 мкм), а также газовых включений, например, окислов серы. Скрубберы работают на принципе осаждения примесей на поверхности жидкости (мелких капель или пленки воды). В разнообразных конструктивных решениях используют те или иные силы для сближения взаимодействующих сред: инерции, турбулентной диффузии, броуновского движения и др. Ниже рассматривается конструкция капельного скруббера с трубой Вентури. Запыленный поток газа 1 вводится в конфузор трубы Вентури, где по законам газодинамики разгоняется до скорости 50 – 200 м/с в узком сечении. Сюда же, в горловину, подается поток воды 2, который благодаря распылу в форсунках и ударному воздействию высокоскоростного потока газа дробится на мельчайшие капельки с огромной суммарной поверхностью. Капли жидкости своей поверхностью взаимодействуют с примесями особенно эффективно в диффузорной части трубы Вентури, где происходит

торможение потока газа. Из-за действия сил инерции более тяжелые капли дольше сохраняют свою скорость, обеспечивая тем самым скольжение в несущей среде и связанный с этим дополнительный эффект "промывания". Последующая сепарация капель, обогащенных примесями, осуществляется при помощи полого циклона 4. Поток шлама 6 направляется на утилизацию, а промытый газ 5 – на выброс или дополнительную очистку. Эффективность улавливания (КПД) пленочного скруббера достигает 0,95 для пыли и капель и 0,8 для окислов серы. Скруббер может быть выполнен и без трубы Вентури, т.е. в виде простого циклона с тангенциальным вводом загрязненного газа, если по внутренней поверхности организовать сток жидкости в пленке. КПД пленочного скруббера существенно зависит и от смоченной поверхности, развить которую можно, например, за счет размещения в объеме корпуса большого количества вертикальных стержней. Такова конструкция скруббера типа МП-ВТИ.

5 4

3 2 1

7 Рис. 2.3. Электрофильтр

ЭЛЕКТРОФИЛЬТР Электрическая очистка газов от взвешенных в них твердых (пыль, зола) и жидких (капли тумана) частиц основана на ударной ионизации газа при напряжении между электродами (пластинчатыми или трубчатыми) на уровне 50 – 90 кВ. Образующиеся при этом противоположно заряженные частицы газа (ионы) движутся в высоконапряженном электрическом поле зазора к соответствующим электродам. Твердые или аэрозольные фракции примесей, проносимые потоком газа между положительно и отрицательно заряженными электродами, адсорбируют своей поверхностью сталкивающиеся с ними ионы, приобретают электрический заряд и вместе с ним способность ускоренного перемещения в поперечном направлении. Под действием как электрических, так и газодинамических сил загрязнения оседают на большей части длины электродов (преимущественно на положительном, меньше – на отрицательном). В течение относительно небольшого промежутка времени осадок 6 может заполнить все проходное сечение и тем самым парализовать работу устройства. Удаление сконцентрированных загрязнений осуществляется различными способами: встряхиванием при осаждении твердых частиц или стеканием жидкой фракции (облегчается путем разогрева от постороннего источника). Схема мокрого электрофильтра приведена на рис. 2.3. В осадительной камере (цилиндрической или в виде параллелепипеда) установлены электроды 3, в зазор которых подводится газ 1

через дырчатый щит (распределительную решетку) 2. Проскоку смолообразующих частиц препятствуют смолоулавливающие зонты 4, а задержанные фракции стекают в бункер и через гидравлический затвор выводятся из аппарата (поток 7). Вспомогательный разогрев для улучшения текучести обеспечивается потоком пара 6. Выходной поток 5 практически полностью (η = 0,97 – 0,99) избавлен от примесей, что определяет электрофильтр как последнюю ступень каскадной очистки газа. Например, на тепловой электростанции каскад очистки представлен как раз рассмотренными выше элементами (рис. 2.1 – 2.3). Особая проблема связана с выведением из выбросов газовых включений типа SО2, NO2, H2S, СО и др.; здесь используют иные принципы улавливания: барботажный (пропускание загрязненного газа через слой жидкости), химический (например, каталитический) и др. Оформление отчета В пояснительной записке наряду с результатами расчетов заданного варианта дать ответы на следующие вопросы: 1. Пояснить структуру загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта. 2. Указать загрязняющие вещества, учитываемые при сгорании различных видов топлива. 3. Произвести расчет масс годовых выбросов вредных веществ и причиненных ущербов. 4. Перечислить наиболее эффективные принципы очистки газов. 5. Дать примеры конструктивных решений и схем действия устройств газоочистки; указать эффективность этих устройств, а также вещества, удаляемые ими из отходящих газов. 6. Определить первоочередные мероприятия по снижению ущерба природной среде, указать технические средства очистки газов, рекомендуемые к применению в конкретном варианте.

Практическая работа № 3 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБЪЕКТОВ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ Цель работы: знакомство с методом получения комплексной производственной деятельности предприятия на водные ресурсы.

эколого-экономической

оценки

воздействия

Эколого-экономическая оценка воздействия промышленных предприятий (или соответствующих технических проектов) на природные ресурсы отличается от оценок ущерба, наносимого окружающей среде рассматриваемым объектом (см. практическую работу № 1), большей полнотой учитываемых негативных факторов и отсутствием коэффициента экологической ситуации Кэ, дающего привязку к конкретному водохозяйственному участку. Комплексность и отсутствие географической компоненты позволяет более объективно оценить степень воздействия технологии данного предприятия на природную среду и открывает возможность сравнения экологичности разнородных технологий в любом регионе страны и мира [10]. Эколого-экономическая оценка объектов построена так, что показывает степень влияния производственной деятельности предприятия на истощение (потребление) дефицитных, как правило, водных ресурсов, загрязнение последних вредными веществами стоков и соблюдение действующих стандартов допустимого воздействия химических, физических и биологических факторов на организм человека. В соответствии с этим уровень воздействия КВ, косвенно свидетельствующий об экологической прогрессивности объекта (проекта), может быть количественно выражен суммой трех составляющих: КВ = КР + КЗ + КС.

(3.1)

Единицей измерения интенсивности воздействия служат либо баллы, либо натуральные (стоимостные) показатели, отнесенные к единице времени. В случае денежной эколого-экономической оценки (тыс. руб./год в ценах 2000 г.) компоненты комплексного воздействия определяются следующим образом. Показатель КР, характеризующий водоемкость (ресурсоемкость) объекта, есть

КР = r⋅W,

(3.2)

где r – стоимость единицы объема потребленной воды, r = 0,012⋅10,55 руб./м3 (коэффициент 10,55 применяется для перевода цен 1991 г. в цены 2000 г.); W – объем водопотребления, тыс. м3/год; принимаем W = 1,1⋅V, где V – объем годового сброса сточных вод, тыс. м3/год (из практ. работы № 1). Показатель КЗ характеризует экологическое совершенство технологии основного производства и очистки сточных вод; он определяется зависимостью n

К З = У уд ⋅ М = У уд ⋅ ∑ A i ⋅ m i , i =1

(3.3)

где Ууд – показатель удельного ущерба, наносимого водным ресурсам одной тонной условного загрязнителя, Ууд = 4,67 тыс. руб./у.т; М – суммарная приведенная масса сбросов загрязняющих веществ рассматриваемым объектом, у.т./год; n – число учитываемых ингредиентов в стоке; mi – физическая масса годового сброса i-ой примеси, т/год (рассчитана в практ. работе №1); Аi – показатель относительной опасности, выраженный в тоннах условного загрязнителя, экологическое воздействие которого эквивалентно одной тонне сброса i-го вещества, у.т./т: ПДК УЗ Аi = = 1 , (3.4) ПДК i ПДК i где ПДКУЗ и ПДКi – предельно-допустимые концентрации соответственно условного загрязнителя и i-го вещества, мг/л. Санитарно-гигиенический показатель сточных вод КС рассчитывается по формуле n

КС = а ⋅ ∑ i =1

ci , ПДК i

(3.5)

где а – компенсация за допущение в стоке единицы ПДК по соответствующему веществу; принимаем а = 0,04⋅10,55 тыс. руб./год. Значения сi и ПДКi берутся из практ. работы № 1. Следует оценить вклад каждой составляющей в КВ и определить направление усилий на снижение суммарного воздействия. Для получения сопоставимых результатов для различных объектов (производств) используют удельный коэффициент воздействия:

К уд =

КВ , В

(3.6)

где В – размер годового объема валовой продукции предприятия в натуральных или стоимостных единицах. В практической работе В (тыс. руб./год) задается преподавателем. Санитарно-гигиеническое состояние водоема рыбохозяйственного значения будет соответствовать требованиям норм при выполнении неравенства:

ci ≤ 1, ∑ ПДК i i =1 m

где

(3.7)

m – число веществ однонаправленного действия; сi и ПДКi – соответственно концентрация и ПДК i-го загрязняющего вещества в водоеме. Показатели ПДК являются масштабом для суждения о допустимой степени загрязнения водоемов. Поэтому их соблюдение является законом для природоохранных служб, местных администраций и производственных объектов (действующих или проектируемых). Размер годового объема валовой продукции В выдается преподавателем каждому студенту, а прочие исходные данные берутся из индивидуального задания и результатов расчетов практической работы № 1.

Оформление отчета В пояснительной записке наряду с результатами расчетов заданного варианта дать ответы на следующие вопросы: 1. 1. Указать основные ингредиенты-загрязнители водных ресурсов предприятиями железнодорожного транспорта. 2. 2. Изложить методику расчета стоимостных оценок воздействия промышленного предприятия на степень количественного и качественного истощения водных ресурсов региона. 3. 3. Опираясь на заданную стоимостную оценку годового объема валовой продукции предприятия, оценить Куд – показатель экологической прогрессивности применяемой на данном предприятии технологии основного производства и очистки сточных вод.

Практическая работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАТЕЖЕЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ПЕРЕДВИЖНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ Цель работы: изучить методики расчета платежей за загрязнение атмосферы передвижными источниками; выполнить характерный для реальных условий работы предприятий железнодорожного транспорта расчет платежей.

Плата за загрязнение атмосферного воздуха передвижными источниками может быть рассчитана по трем методикам, краткая характеристика каждой из которых дана в табл. 4.1. Таблица 4.1 №

Исходные

Методики расчета платежей за выбросы от передвижных источников Область Преимущества Недостатки

данные

применения

1

Расчет Количество фактических израсходованного за платежей при квартал или за год отсутствии ПЭК* топлива (бензин, газ (наиболее часто 3 и др.), т или м используемая методика)

2

Количество передвижных источников предприятии

3

Взимание платежей по фактическому Фактические массы Расчет количеству фактических выбросов выбросов позволяет платежей при загрязняющих снизить плату в 2 − наличии ПЭК веществ 4 раза (наиболее выгодная методика)

Простота получения исходных данных (по квартальной или годовой отчетности)

Расчет плановых Простота получения платежей в начале исходных данных на года

Использование ставок платы, установленных исходя из максимально возможных выбросов при сгорании топлива Использование ставок платы, установленных исходя из максимально возможного расхода топлива (наименее выгодная методика) Необходимость осуществления замеров с использованием сложных приборов и специального персонала

*ПЭК – пункт экологического контроля, где производятся замеры выбросов загрязняющих веществ передвижными источниками и регулировка двигателей; ПЭК обычно создаются при локомотивных депо и используются для контроля выбросов тепловозов

Общая нормативная плата за выбросы загрязняющих веществ от передвижных источников в зависимости от количества израсходованного топлива (первая методика) определяется по формуле [5] n

П н.транс = ∑ Ve ⋅ Te ⋅ К э.атм ⋅ К и , e =1

(4.1)

где е – вид топлива; Ve – удельная плата за допустимые выбросы загрязняющих веществ, образующихся при использовании е-го вида топлива; Тe – количество е-го вида топлива, израсходованного передвижными источниками загрязнения за отчетный период, т. Кэ.атм– коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы в данном регионе. Для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.атм = 1,4; Ки – коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 94. Ставки платы за выбросы загрязняющих веществ, образующихся при сгорании 1 т или 1 м3 различных видов топлива приведены в прил. 2. При отсутствии данных о количестве израсходованного топлива плата за выбросы загрязняющих веществ от передвижных источников определяется в зависимости от количества транспортных средств (вторая методика) по формуле n

П н.транс = ∑ n пи.i ⋅ П пи.i ⋅ К э.атм ⋅ К и , i =1

(4.2)

где nпи.i – количество передвижных источников i-го типа; Ппи.i – годовая плата за передвижной источник i-го типа, руб. (прил. 3).

Плата за превышение допустимых выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников определяется по формуле n

П сн.транс = 5 ⋅ ∑ П н. j ⋅ α j , j=1

(4.3)

где Пн.j – плата за допустимые выбросы загрязняющих веществ от j-го типа транспортного средства; αj – доля транспортных средств j-го типа, не соответствующих стандартам. Определяется как соотношение количества транспортных средств, не отвечающих требованиям стандартов, к общему количеству транспортных средств. Плата за превышение допустимых выбросов начисляется территориальными органами Минприроды России по результатам контроля соответствия транспортных средств требованиям стандартов, регламентирующих содержание загрязняющих веществ в отработавших газах в условиях эксплуатации. При проведении расчетов по третьей методике прежде всего необходимо провести замеры выбросов с отработавшими газами дизелей тепловозов и рефрижераторного подвижного состава (РПС) на ПЭК. Замеры производятся на 5 режимах (холостой ход − ХХ, 25 %, 50 %, 75 %, 100 % от максимальной мощности). Данные замеров (удельные выбросы, кг/ч) для некоторых типов подвижного состава приведены в прил. 5. Расчет величин фактических выбросов производится по формуле n

m i.атм = ∑ g ik ⋅ τ k ⋅ T ⋅ K f ⋅ К В , k =1

где

(4.4)

gik – удельный выброс i-го загрязняющего вещества при работе двигателя на k-ом режиме, кг/ч (прил. 5); n – число режимов работы двигателя; τk – доля времени работы двигателя на k-ом режиме (прил. 4); Т – суммарное время работы дизеля подвижного состава; принимаем Т = 1000 ч/год; Кf – коэффициент влияния технического состояния дизелей на величину выбросов в атмосферу. Принимается равным 1 для дизелей со сроком службы до 2-х лет и 1,2 – свыше 2-х лет (последнее принять при расчетах);

КВ – коэффициент, учитывающий реальное время работы дизелей подвижного состава; для тепловозов и РПС принять соответственно 8,5 и 1,3. Оценка ущерба от загрязнения атмосферы i-й примесью Пi, руб./год, определяется по формуле (2.8), нормативы платежей – по формуле (2.9), при этом коэффициент индексации принять Ки = 94. Расчет ущерба от загрязнения атмосферы вредными выбросами тепловозов или РПС сводится в таблицу (см. табл. 4.2). В данной практической работе требуется определить: а) нормативные платежи за загрязнение атмосферы передвижными источниками при наличии данных о количестве топлива, израсходованного за прошедший квартал на предприятии (в депо), руб./квартал; б) планируемые платежи (нормативные) за загрязнение атмосферы в течение года передвижными источниками, работающими в подразделении данного предприятия (на ПТО), руб./год; в) годовые нормативные платежи за загрязнение атмосферы заданным типом подвижного состава по данным о фактических массах выбросов, руб./год. Следует заметить, что исходные данные для расчетов по всем трем методикам не взаимосвязаны, поэтому результаты не сравниваются между собой. Таблица 4.2 Индивидуальная таблица расчетов ущерба от загрязнения атмосферы единицей дизельного подвижного состава (указать тип) Режим k в % от макс. gik, кг/ч / mik, кг/год τk мощности CO NO2 C % от Т ч/год ХХ 25 50 75 100 mi⋅ Кf ⋅ КВ, т/год

Σ

Нбл.i, руб./т Пi, руб./год

0,005

0,42

0,33 Σ

Исходные данные к практической работе приведены в табл. 4.3. Таблица 4.3

№ варианта

Потребление топлива в депо, т/квартал АИ-93 (неэт.)

А-76 (неэт.)

ДТ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

5 10 8 6 5 7 4 6 13 9 -

10 16 20 15 12 25 18 15 18 16 14 22 11 28

250 240 280 250 270 300 280 320 300 260 310 210 230 220 290 330

Исходные данные Количество передвижных источников на ПТО груз. груз. маневр. легк. груз. а/м теплов а/м. тепловоз а/м (бенз.) оз (диз.) 1 2 5 2 5 4 2 3 1 2 4 2 1 2 1 3 3 5 3 6 1 2 2 5 2 2 2 1 3 5 1 1 3 6 1 1 2 1 2 5 2 2 1 2 1 3 1 3 2 3 5 1 6

Тип ПС* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6

17 8 21 18 5 12 19 10 16 20 19 * из приложения 5

225 245 255 265

2 -

2 2 4 3

3 3 1

2 2 -

4 2 5

7 8 9 10

Оформление отчета. В пояснительной записке наряду с результатами расчетов заданного варианта дать ответы на следующие вопросы: 1. 1. Привести методики расчета платежей за выбросы вредных веществ передвижными источниками в зависимости от количества израсходованного топлива и передвижных источников. 2. 2. Реализовать схему расчета ущербов от загрязнения атмосферы единицей заданного типа подвижного состава. 3. 3. На основе выполненных расчетов сделать вывод о размерах платежей за загрязнение атмосферы передвижными источниками, а также об ущербе, наносимом окружающей среде заданным типом подвижного состава. Практическая работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Цель работы: на основе ранее выполненных практических работ (№ 1 и № 2) подобрать природоохранное оборудование и выполнить эколого-экономическую оценку эффективности проведения мероприятий по охране водной и воздушной сред.

Чистый экономический эффект определяется с целью технико-экономического обоснования выбора наилучших вариантов природоохранных решений, различающихся между собой по воздействиям на среду и производственные результаты отрасли, а также для экономической оценки фактически осуществленных мероприятий [3]. Требуется определить экономическую эффективность комплекса природоохранных мероприятий (для атмосферы, водных и других

ресурсов), планируемых в заданном объеме К, тыс. руб. капитальных вложений и С тыс. руб./год текущих годовых затрат на эксплуатацию и обслуживание объектов природоохранного назначения. Порядок расчетов. Находим годовую оценку ущербов до (У1) и после (У2) проведения водоохранного (атмосфероохранного) мероприятия на конкретном объекте. Значения У1, тыс. руб./год, берутся из практических работ № 1 и № 2 (У1 = П). Значение ущерба У2, тыс. руб./год, определяется по формуле n

У 2 = ∑ У 1i ⋅ (1 − η1i ) ⋅ (1 − η 2i ) ⋅ ... ⋅ (1 − η mi ) , i =1

(5.1)

где n – количество сбрасываемых в водоем или выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ; У1i – платежи за сброс в водоем (практ. работа № 1: У1i = Пнi + Пснi) или выброс в атмосферу (практ. раб. № 2: У1i = Пi) i-й примеси, тыс. руб./год; ηji – эффективность j-го средства очистки по i-й примеси; m – количество применяемых средств очистки. Прирост дохода ∆Д представляет собой дополнительную прибыль от улучшения показателей работы основного производства (при его реконструкции), а также от полезного использования (реализации или использования в производстве) отходов, выделенных при работе природоохранного оборудования [3]. В качестве примера можно привести реализацию или использование в котельной в качестве топлива нефтепродуктов, улавливаемых в нефтеловушке. В связи с небольшим количеством улавливаемых отходов в данной практической работе для всех природоохранных мероприятий принимаем ∆Д = 0. Капитальные вложения в природоохранное мероприятие К, тыс. руб., определяются как суммарная стоимость применяемых средств очистки: m

К = ∑Kj , j=1

где Кj – стоимость j-го средства очистки, тыс. руб.

(5.3)

Средства очистки сточных вод выбираются исходя из условий конкретного варианта (в зависимости от загрязняющего вещества, платежи за сброс которого наибольшие), сведения об эффективности технических средств по различным веществам приведены в табл. 1.4. Атмосфероохранное оборудование выбирается аналогично (скруббер или электрофильтр), эффективность указана в практ. работе № 2. Ориентировочная стоимость технических средств очистки сточных вод и отходящих газов приведена соответственно в таблицах 5.2. и 5.3. Текущие затраты (эксплуатационные расходы) С, тыс. руб./год, определяются с учетом капитальных вложений [8]: - для мероприятий по очистке воды или воздуха от твердых загрязнителей: С = 0,3⋅К,

(5.4)

- для мероприятий по очистке воды или воздуха от газообразных и жидких загрязнителей: С = 0,4⋅К. (5.5) Формула для определения текущих затрат выбирается в зависимости от того, какая примесь наносит наибольший ущерб. Используя полученные данные по ущербам до и после предлагаемых природоохранных мероприятий, а также капитальным вложениям и текущим затратам, нетрудно определить экономическую эффективность таких мероприятий. Структура расчетов представлена в табл. 5.1. При R > 0 оцениваемый комплекс мероприятий экономически эффективен. При наличии нескольких вариантов природоохранного мероприятия на одном и том же объекте предпочтение отдается варианту с минимальным сроком окупаемости Т. Срок окупаемости не должен превышать нормативного (Т ≥ Тн, для объектов энергетики (котельных) Тн = 8,3 лет, для прочих объектов железнодорожного транспорта Тн = 6,7 лет). Величиной, обратной сроку окупаемости, является общая (абсолютная) эффективность мероприятий, 1/год: Э= Р−С. К

(5.6) Таблица 5.1.

Индивидуальная таблица расчетов экономической эффективности

природоохранных мероприятий Обозначения

Единица измерения

П = У1 − У2

тыс. руб./год

Р = П + ∆Д

тыс. руб./год

К

тыс. руб.

С

тыс. руб./год

З=С+ К Тн

тыс. руб./год

Чистый экономический эффект мероприятия

R=P-З

тыс. руб./год

Срок окупаемости мероприятия

Т=

Показатели Предотвращенный ущерб Экономический результат Капитальные вложения в мероприятие Эксплуатационные расходы Приведенные затраты

К Р−С

Мероприятие по охране водоемов

атмосферы

лет

Таблица 5.2 Ориентировочная стоимость технических средств очистки сточных вод Наименование технического средства Объем сброса сточных Ориентировочная 3 вод, тыс. м /год стоимость, тыс. руб.

Установка биологической очистки Флотатор (с гидроциклоном)

0,7 – 2,5 0,7 – 2,5 200 – 350

4,5 – 40 10 – 50 1500 – 6000 Таблица 5.3

Ориентировочная стоимость технических средств очистки отходящих газов для котельной Вид топлива Ориентировочная стоимость, Наименование технического средства тыс. руб. котельной уголь 4 − 20 скруббер мазут 20 − 100 электрофильтр

мазут

15 − 200

Оформление отчета В пояснительной записке дать ответы на следующие вопросы: 1. На основе результатов расчетов практ. работ № 1 и № 2 предложить соответственно водоохранное и атмосфероохранное мероприятия, заключающиеся во внедрении оборудования природоохранного назначения. 2. Привести расчетные формулы для определения экономической эффективности природоохранных мероприятий. 3. Произвести расчет экономической эффективности предложенных природоохранных мероприятий, сделать вывод по результатам расчета.

Практическая работа № 6 ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ПЛАНИРОВАНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Цель работы: освоение метода экспертных оценок; установление очередности реализации заданного набора природоохранных мероприятий.

Для исследования сложных многофакторных процессов, каким является процесс взаимодействия объектов народного хозяйства с окружающей средой, можно использовать метод экспертных оценок, уже нашедший широкое применение в различных отраслях отечественной и зарубежной науки. Этот метод позволяет получить исходные данные для программно-целевого комплексного планирования и планового управления региональными системами. Аналогичную задачу приходится решать в условиях ограниченного финансирования программ реализации природоохранных мероприятий. Для установления очередности реализации мероприятий требуется: - составить перечень необходимых природоохранных мероприятий и рабочую анкету; - выбрать достаточно представительную группу экспертов, компетентных в решении поставленных задач; - распространить рабочую анкету среди экспертов, обработать полученные результаты; - обобщить полученные оценки, определить степень согласованности мнений экспертов; - произвести ранжирование мероприятий по доле вклада в решение проблемы. Одним из наиболее распространенных методов экспертных оценок является метод ранговой корреляции. Эксперт, получив рабочую анкету, распределяет мероприятия по местам в соответствии со степенью возможности. Эксперт ставит на первое место то мероприятие, которое, по его мнению, является наиболее важным и которое должно быть осуществлено в первую очередь, присвоив ему самый высокий ранг – 1. Другим присваиваются ранги 2, 3, 4 и т.д. – по степени важности. Ранг, равный n, где n – число мероприятий в анкете, присваивается мероприятию, обладающему наименьшей природоохранной эффективностью. Природоохранные мероприятия, предлагаемые экспертам для рассмотрения, приведены в табл. 6.1.: Таблица 6.1.

Перечень природоохранных мероприятий № Наименование мероприятия 1

Рекультивация нарушенного землепользования

2

Оснащение двигателей устройствами для предотвращения вредных выбросов

3

Внедрение оборудования предприятий

4

Восстановление продуктивности засоленных и загрязненных земель

5

Проведение исследований состояния ресурсов подземных вод и разработка предложений по защите их от загрязнений

6

Восстановление благоприятного экологического состояния рек и водохранилищ

7

Воспроизводство плодородия почвы

8

Реконструкция средств очистки и обеззараживания сточных вод

9 10 11

по

очистке

отходящих

газов

промышленных

Реализация предложений по рациональному использованию и охране лесов, растительного и животного мира Внедрение водосберегающих технологий на промышленных предприятиях, в сельском и коммунальном хозяйстве Меры по сохранению земли в зоне промышленных и жилых зданий

Необходимым условием экспертного анализа является определение согласованности мнений экспертов. Точной оценкой согласованности служит коэффициент конкордации (согласованности). Коэффициент конкордации W может изменяться от 0 до 1. W = 1 означает стопроцентную согласованность мнений экспертов. W = 0 означает, что согласованности мнений не существует. Расчет в практической работе сводится в таблицу по типу табл. 6.2: Таблица 6.2 Индивидуальная таблица планирования природоохранных мероприятий Номер мероприятия и присвоенный ему ранг Эксперты 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rij |di| d i2 Коэффициент конкордации вычисляют следующим образом. Сначала вычисляются суммы рангов по столбцам матрицы: ΣRij = Ri1 + Ri2 + … + Rij + … + Rim,

(6.1)

где

Ri1 – ранг, присвоенный первым экспертом i-му мероприятию; Rim – ранг, присвоенный последним m-м экспертом этому же мероприятию. Средняя по всем мероприятиям сумма рангов вычисляется по формуле

R ij = где

m ⋅ (n + 1) , 2

(6.2)

m – число экспертов; n – число мероприятий. Отклонение суммы рангов каждого столбца от средней суммы: m

d i = ∑ R ij − i =1

m ⋅ (n + 1) . 2

(6.3)

Далее определяется сумма квадратов отклонений: 2

m ⋅ (n + 1) ⎞ ⎛ n = d ⎜ ∑ R ij − ⎟ . ∑ ∑ 2 i =1 ⎝ i =1 i =1 ⎠ n

2 i

n

(6.4)

Коэффициент конкордации определяется по формуле

W=

12 ⋅ ∑ d i2 m 2 ⋅ (n 3 − n )

.

(6.5)

2

Затем находится статистический критерий χ с n – 1 степенями свободы: 2

χ = m⋅(n – 1)⋅W.

(6.6) 2

2

2

Согласованность мнений экспертов считается достаточной в том случае, если χ > χ 0,05, где χ 0,05 – статистический критерий при пятипроцентном уровне значимости; по приложению ([1], прил. 3) при 11 – 1 = 10 2 степенях свободы для пятипроцентного уровня значимости χ 0,05 = 18,31. По данным значений ΣRij строится диаграмма рангов (рис. 6.1), которая показывает очередность реализации мероприятий. 2 Если χ2 < χ 0,05, то коэффициент конкордации W несущественно отличается от нуля. Это означает, что согласованности мнений экспертов нет и результатами итогового ранжирования пользоваться нельзя. В этом случае делается вывод о необходимости дополнительной экспертизы с привлечением большего числа экспертов и расширения их специализации.

0

ΣRij min

ΣRij max 100 номер мероприятия

Рис. 6.1. Диаграмма рангов. Оформление отчета В пояснительной записке дать ответы на следующие вопросы: 1. Привести расчетные формулы, используемые при планировании природоохранных мероприятий. 2. На основе заданной преподавателем рабочей анкеты подсчитать суммы рангов по столбцам матрицы, коэффициент конкордации и статистический критерий. 3. Сделать вывод о согласованности мнений экспертов. 4. Построить диаграмму рангов, сделать вывод об очередности реализации различных природоохранных мероприятий.

Практическая работа № 7 РАСЧЕТ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРОМЫВОЧНО-ПРОПАРОЧНОЙ СТАНЦИИ (ППС) Цель работы: определение основных характеристик водоснабжения промывочно-пропарочной станции.

нефтеловушки,

используемой

в

оборотной

системе

Промывочно-пропарочные станции (ППС) предназначены для очистки и мойки нефтебензиновых цистерн. ППС размещены в зонах массовой погрузки и выгрузки нефтепродуктов на специально отведенных территориях, имеющих соответствующее путевое развитие и оборудование для мойки. В ряде случаев ППС располагаются на одной территории с вагонным депо, специализирующимся на ремонте цистерн (например, ППС-5 ст. Южная ВСЖД). Цистерны под нефтепродукты взаимозаменяемы для различных, но близких по составу продуктов. Но с точки зрения экономичности мойку емкости желательно максимально специализировать для одного груза. Это и учитывается в технологии.

ППС загрязняют сточные воды нефтепродуктами, взвешенными веществами, кислотами, щелочами и другими химикатами (более 130 компонентов). Очистку стоков от механических примесей производят в песколовках, отстойниках, гидроциклонах. Нефтяные примеси выделяют в нефтеловушках и флотационных установках, кислоты и щелочи подвергают нейтрализации [4]. Средний суточный расход сточных вод определяется с учетом количества цистерн N, обрабатываемых на ППС в течение суток: Q = (Рпр + Рм)⋅N,

(7.1)

где Рпр – расход воды на пропарку одной цистерны, Рпр = 0,2 м3; Рм – расход воды на промывку одной цистерны, Рм = 8 м3. В данной практической работе требуется определить основные размеры и эффективность горизонтальной нефтеловушки, используемой в оборотной системе водоснабжения ППС для очистки сточных вод от нефтепродуктов и взвешенных веществ. Работа нефтеловушки основана на принципе отстаивания. 3

6

4

А-А

4

5

Нн

7

8 1 2 5

6

Вн

7 А

Вн

А 8 6 Lн

Рис. 7.1. Горизонтальная нефтеловушка Горизонтальная нефтеловушка (рис. 7.1). Сточная вода подводится по трубопроводу 6 и распределяется в нефтеловушке при помощи водораспределительной трубы 3. Всплывшие нефтепродукты удаляются щелевыми поворотными трубами 4, к которым они сгоняются скребковым транспортером 1, служащим также для сгребания осадка в приямок, оборудованный гидроэлеватором (насосом струйного типа для подъема и перемещения жидкостей по трубопроводу) 2. Рабочая вода подается к гидроэлеватору по трубопроводу 8, а осадок удаляется по трубопроводу 7. Очищенная вода отводится из нефтеловушки по трубопроводу 5. Как правило, нефтеловушка имеет не менее двух отделений. Длина проточной части нефтеловушки определяется по формуле

vн ⋅ Н н k o ⋅ (u н − ωн ) ,

Lн =

(7.2)

где vн – скорость движения воды в нефтеловушке; vн = 0,007…0,01 м/с; Нн – глубина проточной части нефтеловушки, Нн = 2 м; kо – поправочный коэффициент, учитывающий вихревые и струйные преобразования вследствие конструктивных особенностей (для горизонтальных нефтеловушек kо = 0,5, для радиальных – 0,45, для вертикальных – 0,35); uн – условная гидравлическая крупность частиц нефтепродуктов, принимается равной 0,005 м/с; ωн - вертикальная турбулентная составляющая, равная 0,05 скорости движения воды в нефтеловушке (ωн = 0,05⋅vн), м/с. Ширина отделения нефтеловушки:

Вн =

Q ⋅ kн Н н ⋅ v н ⋅ n н ⋅ 86400 ,

(7.3)

где Q – расход сточных вод, м3/сут; kн – коэффициент часовой неравномерности сброса сточных вод; kн = 1,5; nн – количество отделений нефтеловушки. Требуемый эффект очистки сточных вод от нефтепродуктов определяется по формуле

Эн =

Сн1 − Сн 2 ⋅ 100% , Сн1

(7.4)

где Сн1 – концентрация нефтепродуктов в воде до нефтеловушки, мг/л; Сн2 – концентрация нефтепродуктов в оборотной воде, мг/л. Количество улавливаемых нефтепродуктов, т/сутки, определяется по формуле

Сн1 ⋅ Э н ⋅ Q ⋅ 10 −6 Wн = (100 − Вн ) ⋅ γ н ,

(7.5)

где Вн – процент содержания нефти в воде; Вн = 70 %; γн – объемная масса обводненных нефтепродуктов, γн = 0,95 т/м3. Улавливаемые нефтепродукты подлежат погрузке в цистерны и реализации для использования в котельных в качестве топлива. Требуемый эффект очистки сточных вод от взвешенных веществ определяется по формуле

Эп =

С п1 − С п 2 ⋅100% , С п1

(7.6)

где Сп1 – концентрация взвешенных веществ в воде до нефтеловушки, мг/л; Сп2 – концентрация взвешенных веществ в оборотной системе, мг/л. Объем задерживаемых в виде осадка взвешенных веществ, м3/сутки, определяется по формуле

Сп1 ⋅ Эп ⋅ Q ⋅ 10−6 Wп = (100 − ρ) ⋅ γ п ,

(7.7)

где ρ – влажность осадка, ρ = 95 %; γп – объемная масса осадка; γп = 2,65 т/м3. Выпавший в нефтеловушках и песколовках осадок удаляется гидроэлеваторами либо на песковые площадки, либо в песковые бункера, где обезвоживается [2]. Площадь песковой площадки, м2, определяется по формуле

f =

365 ⋅W п h год ⋅ n ,

(7.8)

где hгод – годовая нагрузка песка на песковые площадки; согласно СНиП, hгод = 3 м3/м2 в год; n – число песковых площадок (не менее двух). Исходные данные к практической работе приведены в табл. 7.1. Таблица 7.1 Исходные данные № варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

2 2 2 2 2 2 3 3 3 3

Сн1, мг/л 1280 1360 1440 1520 1600 1680 1760 1840 1920 2000

Сн2, мг/л 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

Сп1, мг/л 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58

2 2 2 2 2 2 3

1320 1400 1480 1560 1640 1720 1800

165 175 185 195 205 215 225

41 43 45 47 49 51 53

N

nн

180 184 188 192 196 200 204 208 212 220 182 186 190 194 198 202 206

Сп2, мг/л 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 20,5 21,5 22,5 23,5 24,5 25,5 26,5

n 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 2 2 3 3 3 3 3

18 19 20

210 214 218

3 3 3

1880 1960 2040

235 245 255

55 57 59

27,5 28,5 29,5

4 4 4

Оформление отчета В пояснительной записке дать ответы на следующие вопросы: 1. Отметить назначение и места размещения промывочно-пропарочных станций (ППС). 2. Указать основные вещества, загрязняющие сточные воды ППС, а также способы очистки. 3. Привести расчетные формулы для определения основных характеристик нефтеловушки, провести расчет в зависимости от программы ППС и других исходных данных по своему варианту. 4. Описать принцип работы и зарисовать схему нефтеловушки с учетом заданного количества отделений и рассчитанных размеров. 5. Указать способы ликвидации всплывших в нефтеловушке нефтепродуктов и выпавшего осадка.

Практическая работа № 8 УКРУПНЕННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ОТХОДАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Цель работы: изучить характер воздействия железнодорожных предприятий на земельные ресурсы и основные меры по обезвреживанию и утилизации отходов; на основе ранее выполненных практических работ (№ 2 и № 7) рассчитать количество отходов, образующихся при работе котельной и очистке воды, оценить ущерб, наносимый этими отходами

Отходы промышленных предприятий являются самым крупным источником загрязнения почв. Отходами производства считаются остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции и полностью или частично утратившие свои потребительские свойства. Отходами потребления считаются различного рода изделия, комплектующие детали и материалы, которые по тем или иным причинам не пригодны для дальнейшего использования. Эти отходы подразделяются на отходы промышленного и бытового потребления. Все отходы производства и потребления подразделяются на вторичные материальные ресурсы (ВМР), подлежащие переработке, и на отходы, переработка которых на данном этапе развития экономики и технологии нецелесообразна. Существует 5 классов опасности отходов (табл. 8.1). Таблица 8.1 Классы опасности отходов и нормативы платы за их размещение Норматив платы за размещение Класс опасности (КО) в пределах лимитов (Нбл.отх.i), руб./т 1739,2 I − чрезвычайно опасные 745,4 II − высокоопасные 497 III − умеренно опасные 248,4 IV − малоопасные 0,4 V − практически неопасные Возможны следующие способы обращения с отходами: утилизация (полезное использование), обезвреживание (снижение вредных свойств), захоронение (длительное размещение на полигонах), хранение (временное размещение). Для этих целей отходы также могут передаваться другим предприятиям. Плата за размещение (относится к экологическим платежам) и выплаты за передачу отходов другим организациям (включается в текущие природоохранные затраты) на предприятиях железнодорожного транспорта примерно равны между собой. В табл. 8.2 приведены наиболее распространенные виды отходов железнодорожных предприятий и способы обращения с ними.

Таблица 8.2 Отходы предприятий железнодорожного транспорта и обращение с ними Техпроцесс – КО Виды отходов Обращение с отходами источник отходов Ртуть (из люминесцентных Замена неисправных Передача для переработки на ламп) ламп специализированные I Отходы гальванических Гальванические предприятия производств производства Химчистка Трихлорэтилен Обезвреживание спецодежды Ремонт Серная кислота, электролит Нейтрализация аккумуляторов Использование в качестве II топлива в котельных; реализация; передача Нефтепродукты нефтехимическим Очистка сточных вод предприятиям для ППС, депо и переработки ремонтных заводов Сжигание в котельных или инсинераторах*; передача Нефтешламы (замазученный III песок) другим организациям; размещение на полигонах Ремонт подвижного Передача для переработки на состава, станков и др. специализированные Отработанные масла предприятия оборудования

Загрязненный грунт**

Очистка промплощадок предприятий

Лом цветных металлов (медь, Металлообработка свинец, бронза и др.) Лом черного металла

Обработка биопрепаратами («Путидойл», «Дестройл» и др.); сжигание в инсинераторах* Передача для переработки

Использование для строительных нужд; размещение на полигонах; Золошлаковые отходы Работа котельных передача другим IV организациям для использования Использование в качестве Старогодние деревянные топлива; реализация Ремонт пути шпалы населению V Твердые бытовые отходы (ТБО) Размещение на полигонах * инсинератор – установка для сжигания отходов, работающая на жидком или газообразном топливе ** на ШПЗ грунт загрязнен преимущественно фенолами, на других предприятиях − нефтепродуктами Структура обращения с отходами (в % от общей массы) представлена в табл. 8.3. Таблица 8.3 Структура обращения с отходами на предприятиях железнодорожного транспорта Примерное количество, % от Способ обращения общей массы Захоронение на собственных объектах 30 Хранение на собственных объектах 5

Использование Передача другим организациям для: - захоронения - обезвреживания и использования

30 5 30

Следует подчеркнуть, что хранение отходов является временной мерой, временно хранящиеся отходы в дальнейшем обязательно должны быть утилизированы, обезврежены, захоронены на полигонах или переданы для этих целей другим предприятиям. При хранении отходов на собственных объектах сроком до 1 года плата за размещение не взимается, свыше 1 года – взимается как сверхлимитная. Основная масса отходов предприятий железнодорожного транспорта (свыше 90 %) приходится на золошлаковые отходы, образующиеся в котельных. Также образуется большое количество нефтепродуктов и нефтешламов (при очистке сточных вод ППС, депо и ремонтных заводов). В данной практической работе необходимо рассчитать платежи за размещение (в пределах лимитов) золошлаковых отходов котельной (IV класс опасности) и нефтешламов, образующихся при очистке сточных вод в нефтеловушке (III класс опасности). Расчет платежей, тыс. руб./год за размещение i-го отхода в пределах лимитов производится по следующей формуле: Потх.i = 0,3⋅Нбл.отх.i⋅Мотх.i⋅Кэ.почв⋅Ки⋅10–3,

(8.1)

где 0,3 − коэффициент, применяемый при размещении отходов на специализированных полигонах и промышленных площадках, оборудованных в соответствии с установленными требованиями и расположенных в пределах промышленной зоны источника негативного воздействия; Нбл.отх.i – базовый норматив платы за размещение i-го отхода, руб./т (табл. 8.1); Мотх.i − масса i-го отхода, т/год; Кэ.почв – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости почвы; для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.почв = 1,1; Ки – коэффициент индексации; для 2004 г. Ки = 1,1. Плата за размещение отходов сверх установленного лимита взимается в пятикратном размере.

Золошлаковые отходы существенны для котельных, использующих в качестве топлива уголь. Количество твердых отходов, образующихся при сжигании мазута, незначительно. Расчет количества золошлаковых отходов котельной проводится на основании данных о годовом расходе угля из практ. работы № 2, за исключением вариантов 2, 4, 6, 12, 14 и 16, для которых объемы расхода угля принять по табл. 8.4: Таблица 8.4 Дополнительные данные о расходе угля № вар. Вид топлива Расход топлива, т/год 2 уголь Канско-Ачинский 20000 4 уголь Бурятский 15000 6 уголь Минусинский 17000 12 уголь Канско-Ачинский 13000 14 уголь Бурятский 18000 16 уголь Минусинский 20000 Общая масса золошлаковых отходов котельной, т/год, складывается из трех составляющих: Мзш = Мшлак + Мгх + Мциклон, где

(8.2)

Мшлак − масса шлака, образующегося при сгорании угля; Мгх − масса золы, оседающей в газоходах котла; Мциклон − золы, уловленной в золоуловителе (циклоне). Масса образующегося шлака, т/год, рассчитывается по формуле:

М шлак

⎛ q ⋅ Qr ⎜ = 0,01 ⋅ m ⋅ α ⋅ ⎜ q т + 1 i 32,6 ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟, ⎟ ⎠

(8.3)

где m – масса израсходованного угля, т/год (для вариантов с использованием угля принять по исходным данным практ. работы № 2, для остальных – по табл. 8.4); α − доля золы топлива, превращающейся в шлак, α = 0,2; qт – зольность топлива, % (прил. 1); q1 − потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %; для угля q1 = 5,5; Qir – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил. 1). Масса золы топлива, оседающей в газоходах котла, т/год:

М гх

⎛ q ⋅ Qr ⎜ = 0,01 ⋅ m ⋅ k ⋅ ⎜ q т + 1 i 32,6 ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟, ⎟ ⎠

(8.4)

где k – доля золы топлива оседающей в газоходах, k = 0,1. Масса золы, уловленной в золоуловителе, т/год:

М циклон

⎛ q ⋅ Qr ⎜ = 0,01 ⋅ m ⋅ (1 − α − k ) ⋅ ⎜ q т + 1 i 32,6 ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟⋅η, ⎟ ⎠

(8.5)

где η – эффективность очистки в золоуловителе, для циклона η = 0,85. Масса задерживаемых в нефтеловушке в виде осадка взвешенных веществ (нефтешламов), т/год, определяется по данным практ. работы № 7 по формуле:

365 ⋅ С п1 ⋅ Э п ⋅ Q ⋅10 −6 Мп = , (100 − ρ)

(8.6)

где Сп1 – концентрация взвешенных веществ в воде до нефтеловушки, мг/л; Эп − эффективность очистки от взвешенных веществ, %; Q – расход сточных вод, м3/сут; ρ – влажность осадка, ρ = 95 %. Также масса нефтешламов может быть рассчитана в зависимости от объема осадка из нефтеловушки:

М п = 365 ⋅ Wп ⋅ γ п ,

(8.7)

где Wп – объем осадка, м3/сутки; γп – объемная масса осадка; γп = 2,65 т/м3. Результаты расчета сводятся в таблицу по типу табл. 8.5: Таблица 8.5 Количество отходов и платежи за их размещение Масса золошлаковых отходов котельной: - шлака, т/год - золы, оседающей в газоходах, т/год - золы, уловленной в золоуловителе, т/год Всего золошлаковых отходов, т/год Масса нефтешламов, т/год Суммарная масса отходов, т/год Платежи за размещение на полигоне: - золошлаковых отходов, тыс. руб./год - нефтешламов, тыс. руб./год Суммарные платежи, тыс. руб./год Оформление отчета

В пояснительной записке дать ответы на следующие вопросы: 1. 1. Сформулировать понятие отходов производства и потребления, указать классы опасности отходов. 2. 2. Перечислить основные типы отходов, характерные для предприятий железнодорожного транспорта, и способы обращения с ними. 3. 3. Привести расчетные формулы для определения количества отходов и платежей за их размещение, произвести расчет по своему варианту.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Вентцель Е.М., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения: Учеб. пособие для втузов. – 2е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2000. – 480 с. 2. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учеб. пособие для вузов. /В.И. Калицун, В.С. Кедров, Ю.М. Ласков. - 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 2001. – 397 с. 3. Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П. Экономические основы экологии: Учебник. – С.-Пб.: «Специальная Литература», 1997. - 304 с. 4. Дикаревский В.С. Караваев И.И. Водоохранные сооружения на железнодорожном транспорте. – М.: Транспорт, 1986. – 211 с. 5. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды. – М.: ВНИИЖТ, 1998. – 43 с. 6. Крылов В.К. Основы экологии и охраны окружающей среды: Учебное пособие. – М.: Изд-во ВЗИИТа, 1995. – 66 с. 7. Маслов Н.Н., Коробов Ю.Н. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1996. – 238 с.

8. Методика расчета природоохранных затрат предприятий железнодорожного транспорта. – М.: ВНИИЖТ, 1995. – 25 с. 9. Никитин С.П. Определение вредных воздействий на водные ресурсы объектов железнодорожного транспорта: Методические указания по курсу "Экология и охрана окружающей среды" – Иркутск, ИрИИТ, 1995. – 32 с. 10. Никитин С.П. Эколого-экономические основы экспертизы объектов: Методическое пособие – Иркутск, ИрИИТ, 1994. – 57 с. 11. Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте: Учебное пособие/ Под ред. проф. Н.И. Зубрева, Н.А. Шарповой. – М.: УМК МПС РФ, 1999. – 592 с. 12. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов/ С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др.; Под ред. С.В. Белова. 2- изд., испр. и доп. – М.: Высш шк., 1991. – 319 с. 13. Тимофеева С.С., Шешуков Ю.В. Экология: Практикум.– Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998. ч. 2. – 130 с. 14. Тимофеева С.С., Шешуков Ю.В. Экология: Учебное пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001. – 172 с. 15. Флотационные установки для очистки сточных вод железнодорожных предприятий/ И.И. Караваев, Н.Ф. Резник – М., Транспорт, 1969. – 28 с. 16. Цховребов Э.С. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: М.: Космосинформ, 1996. – 527 с. 17. Цховребов Э.С. Сборник задач и упражнений по охране окружающей среды на железнодорожном транспорте. – М.: Космосинформ, 1993. – 144 с.

Приложение 1 Вид топлива

Мазут: малосернистый сернистый

qт, %

0,1 0,1

Характеристики топлив Sr, % Qir, МДж/кг 0,5 1,9

40,3 39,85

высокосернистый Уголь: Черемховский Азейский Канско-Ачинский Бурятский Минусинский

0,1

4,1

38,89

27 14,2 6,7 16,9 17,2

1 0,4 0,2 0,7 0,5

17,93 16,96 15,54 16,88 20,16 Приложение 2

Удельная плата за выбросы для различных видов топлива (руб./т, руб./м3) Вид топлива Ставка платы, руб./т или руб./м3 1. Бензин этилированный АИ-93 0,038 А-76, А-72 0,025 2. Бензин неэтилированный АИ-93 0,01 А-76, А-72 0,011 3. Дизельное топливо (ДТ) 0,021 4. Сжатый природный газ 0,009 5. Сжиженный газ 0,011 Приложение 3

Годовая плата за транспортное средство и другие передвижные источники Вид передвижного источника Плата на один источник, руб./год

1. Легковой автомобиль 2. Грузовой автомобиль и автобус с бензиновым ДВС 3. Автомобили, работающие на газовом топливе 4. Грузовой автомобиль и автобус с дизельным ДВС 5. Строительно-дорожная и сельскохозяйственная техника 6. Пассажирский тепловоз 7. Грузовой тепловоз 8. Маневровый тепловоз

2,7 4,0 1,4 2,5 6,5 16,2 21,4 2,5 Приложение 4

Тип ПС

ТЭ3 2ТЭ10ЛВ 2ТЭ116 2М62 ТЭМ-2, ТЭМ-1, ЧМЭ3 БМЗ, ZВ-5, АРВ

Процентное распределение времени работы двигателей тепловозов и РПС на различных режимах нагрузки (τк, %) Режим работы двигателя х.х. 25 % 50 % 75 % макс. 67,31 1,5 1,5 2,9 26,79 62 9,7 11,8 11 5,5 60 7,2 10,8 14,9 7,1 67,5 2,3 4,5 3,5 22,2 45,6

39,8

12,9

1,2

0,5

33

16

18

17

16

Приложение 5

№

Тип ПС

1

Тепловоз ТЭ3

2

Тепловоз 2ТЭ10ЛВ

3

Тепловоз 2ТЭ116

4

Тепловоз 2М62

5

Тепловоз ТЭМ2

6

Тепловоз ТЭМ1

7

Тепловоз ЧМЭ3

Значения удельных выбросов вредных веществ с выхлопными газами дизелей тепловозов и РПС, кг/ч Режим работы двигателя ВВ х.х. 25 % 50 % 75 % макс. СО 0,44 1,94 4,46 17,2 98,3 NО2 1,36 15,71 40,17 44,8 50,76 С 0,01 0,151 0,739 0,73 0,715 СО 0,26 5,47 5,65 34,4 73,11 NО2 0,29 14,367 27,32 40,1 67,88 С 0,83 2,39 4,54 3,41 3,22 СО 0,36 1,94 3,45 19,73 41,83 NО2 0,298 8,82 22,42 37,8 59,67 С 0,3 1,23 3,38 3,23 2,98 СО 0,23 2,57 5,85 17,23 34 NО2 1,41 16,2 24,98 40,5 68,63 С 0,14 0,23 0,64 0,9 СО 0,163 1,89 2,23 7,75 15,19 NО2 0,11 4,67 15,53 27,1 41,63 С 0,003 0,09 0,28 0,33 0,38 СО 0,8 0,99 1,24 1,75 3,51 NО2 2 3,98 6,98 8 9,36 С 0,01 0,08 0,23 0,29 0,31 СО 0,6 0,53 2,06 4,3 6,37 NО2 3,9 9,8 10,6 12,4 11,7 С 0,004 0,095 0,31 0,31 0,36

СО 5-ваг. реф. 8 NО2 секция БМЗ С СО 5-ваг. реф. 9 NО2 секция ZВ-5 С СО Автоном10 ный реф. NО2 вагон АРВ С

0,331 0,133 0,0004 0,343 0,141 0,0004 0,079 0,032 0,0001

0,214 0,394 0,0009 0,229 0,414 0,001 0,053 0,094 0,0002

0,191 0,673 0,0059 0,204 0,691 0,006 0,067 0,158 0,0014

0,313 0,026 0,0176 0,324 0,943 0,018 0,074 0,216 0,0041

0,578 1,104 0,094 0,567 1,434 0,096 0,19 0,328 0,0219