Воздействие целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду. Природосберегающие технологии - Экология - Скачать бесплатно
|0.7 |
|Метанол | |1.0 |
|Скипидар |Сульфат-целлюлозное |2.0 |
| |производство, | |
| |производство побочных | |
| |продуктов. | |
|Оксид углерода |Утилизационные котлы, |5.0 |
| |СРК, ИРП. | |
|Хлор |Цех отбелки |0.1 |
| |сульфат-целлюлозного | |
| |производства. | |
|Диоксид хлора | | |
Кроме того, режим работы, состав и количество выбросов из РП СРК зависят
от:
- мгновенного выделения значительного количества парогазовой смеси,
особенно при больших стоках плава;
- непрерывности и неравномерности подачи плава и белого щёлока в РП и
отведения зелёного щёлока, что приводит к изменению свободного объёма над
растворяющей жидкостью и влияет на количество подсосов воздуха.
Парогазовые выбросы из РП СРК согласно удельным отраслевым нормам состоят
из:
- водяных паров 70…90 % (1.87 кг/нм3 сухого газа (с.г.));
- подсосов воздуха 5…25 %;
- пылевых частиц плава – до 1.9 % (19 г/нм3 с.г., 4500 г/т целлюлозы);
- сероводорода – 0.006 % (0.25 г/нм3 с.г., 56.5 г/т целлюлозы);
- сернистого ангидрида – 0.005 % (0.18 г/нм3 с.г., 40.3 г/т целлюлозы;
Пылевые частицы состоят в объёмных процентах из:
- карбоната натрия – 70 %;
- сульфида натрия – 23 %;
- сульфата натрия – 5 %;
- нерастворимых частиц (огарка) – 2 %.
Температура парогазовых выбросов может меняться от 85 до 125 0С. В среднем,
количество парогазовых выбросов из РП на 1т вырабатываемой целлюлозы
составляет 226 нм3 с.г.
Сбросы в гидросферу и педосферу в сульфат-целлюлозном
производстве.
Основными источниками загрязнения гидросферы и педосферы в сульфат-
целлюлозном производстве являются отбельный, варочный и кислотный цеха.
Варочный и кислотный цеха. В сток попадают органические соединения,
образующиеся при варке, и остаточные химикаты. Так при выпуске 3 млн. т. в
год целлюлозы образуется 3.5 млн. т. в год отработанных щёлоков в пересчёте
на сухое вещество или около 7 млн. т. в год в пересчёте на 50 % концентрат.
Из них около 2 млн. т. в год можно утилизировать в виде спирта, кормовых
дрожжей и технических лигносульфонатов. Остальные 70 – 75 % сухих веществ
отработанных щёлоков сбрасывается в очистные сооружения или непосредственно
в водоёмы.
Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо
сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты), а при
делигнификации древесины содержащей фенольные фрагменты лигнин (содержание
которого в древесине лиственных пород 20 – 30 %, в хвойных породах – до 50
%) взаимодействует с хлорными реагентами, образуя диоксины и фураны (или их
предшественников), которые являются высокотоксичными экотоксикантами.
Сбросы в реки и почву с ЦБК увеличивают содержание взвешенных веществ,
сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, органических соединений, ряда
металлов, веществ метоксильных, карбоксильных и фенольных групп. По этим
параметрам ПДК превышены в несколько раз.
Самыми опасными и заслуживающими дальнейшего рассмотрения токсинами,
безусловно, являются диоксины и фураны.
Диоксины – группа высокотоксичных экотоксикантов – полихлорированных
дибензодиоксинов (ПХДД, I) и дибензофуранов (ПХДФ, II).
O
Cln
Cln
O
ПХДД (I)
Cln Cln
O
ПХДФ (II)
Здесь n = 2…4. Причём фуранами мы называем дибензофураны, хотя это не
совсем корректно. Диоксины и фураны могут иметь в своём составе чётное
(обычно 4, 6 и 8) или нечётное (как правило, 5 или 7) число атомов хлора.
Для обозначения положения атомов хлора в бензольных кольцах диоксинов и
фуранов используют цифры в соответствии с правилами «Женевской номенклатуры
органических соединений». Нас интересуют следующие изомеры хлорзамещённых
соединений:
ТХДД (III) – тетрахлор дибензодиоксин, ПХДФ (IV) – пентахлор дибензофуран,
ГкХДД (V) – гексахлор дибензодиоксин, ГпХДФ (VI) – гептахлор дибензофуран и
ОХДФ (VII) – октахлор дибензофуран.
Необходимо заметить, что предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксинов
и фуранов для взрослого человека составляет 320 триллионных частей грамма в
день и что такая ежедневная доза приводит к риску возникновения рака и
других онкологических заболеваний. Если сопоставить два вида смертельных
доз диоксинов и фуранов: минимальную летальную дозу MLD (характеризующую
общую токсичность) и половину полной летальной дозы LD50 (при которой
погибнет 50 % исследуемых живых организмов). Оказалось, что по общей
токсичности (MLD, моль/кг) диоксины и фураны (3.1*10-9) превосходят самые
сильные химические яды: кураре (7.2*10-7), стрихнин (1.5*10-6), цианистый
натрий (3.1*10-4) и боевое отравляющее вещество диизопропилфторфосфат
(1.6*10-5). Что касается значений LD50 (мг/кг), то они для диоксинов и
фуранов изменяются следующим образом: 0.5 (куры), 0.3 (собаки), 0.1 (кошки
и мыши), 0.05 (крысы) и 0.001 (морские свинки).
Допустимая суточная доза диоксинов и фуранов.
В США эта доза равна 0.006 пкг на килограмм веса человека, тогда как в
России она существенно выше – 10 пкг/кг. Норма загрязнения питьевой воды в
нашей стране – 20 пкг/л, а ПДК для атмосферы – 0.5 пкг/м3. Поэтому человек
весом в 60 кг при условии, что он потребляет три литра воды в день, может
получить с водой лишь 10 % диоксинов и фуранов от суточной нормы. В тоже
время расчёты показывают, что при потреблении даже нежирной рыбы (с
количеством жира до 5 %), в которой количество диоксинов и фуранов может
быть около 50 пкг/г жира, 500 граммов рыбы даст уже 1250 пкг токсикантов,
что в 2 раза превышает допустимую суточную дозу, а если речь идёт о рыбе с
количеством жира 50 %, которая легко биоаккумулирует хлорорганические
экотоксиканты, в этом случае имеют место существенно более высокие уровни
накопления диоксинов и фуранов, а, следовательно, более серьёзные
экотоксилогические эффекты.
Кроме химического загрязнения водоёмов происходит тепловое загрязнение
воды. Это происходит вследствие использования больших объёмов воды в
течение технологического процесса, а также использования воды в
теплообменниках и конденсаторах для охлаждения, после чего нагретая вода
попадает со стоком предприятия в гидросферу.
Сбросы в водоёмы и почву в сульфат-целлюлозном производстве.
Таблица 5.
|Ингредиент |Источник сбросов |
|Взвешенные вещества. |Сульфат-целлюлозное производство |
| |(нерастворимые частицы). |
|Сульфаты (К2SO4, KHSO4, |Сульфат-целлюлозное производство. |
|диорганилсульфаты и | |
|органилсульфаты). | |
|Хлориды (KCl, NaCl) и хлораты |Отбельный цех. |
|(KClO3, NaClO3). | |
|Нефтепродукты. |ИРП (мазут). |
|Фенолы. |Лигнин (Сульфат-целлюлозное |
| |производство). |
|Органические соединения (жирные |Производство побочных продуктов, |
|кислоты, сульфатное мыло, |варочно-промывной цех, РП. |
|ароматические соединения, клейкие | |
|вещества и др.). | |
|Диоксины и фураны. | (фенолы + хлорные реагенты). |
| |Сульфат-целлюлозное производство, |
| |отбельный цех. |
|Металлы (Mg, Zn). |Сульфат-целлюлозное производство. |
|Тёплая вода. |Газоконтактный испаритель, |
| |варочно-промывной цех, выпарной |
| |цех, РП СРК, ИРП. |
Природосберегающие технологии.
Мы разобрались с тем, какие вредные и опасные вещества попадают в
атмосферу, гидросферу и педосферу в процессе работы целлюлозно-бумажного
комбината. Теперь необходимо разобраться, что необходимо сделать, чтобы
уменьшить влияние на окружающую среду вредного производства. Для этого
существуют два пути. Первый – совершенствование очистительных установок по
очистке выбросов и сбросов от токсикантов. Второй – совершенствование
технологического процесса производства, разработка экологически чистых
методов производства, методов по уменьшению отходности предприятия и
безопасных промышленных установок.
Кроме этого, необходимо затронуть вопросы переработки макулатуры, отходов
бумажных фабрик (их уменьшения и переработки) и деревообрабатывающих
предприятий, а также токсичности выпускаемой продукции.
Очистка выбросов в атмосферу на ЦБК.
Очистка газов от паров летучих органических соединений (ЛОС).
Общая методология.
Адсорбционные методы: это, прежде всего классические рекуперационные методы
очистки, основанные на улавливании паров ЛОС активным углем, с последующей
десорбцией уловленных веществ водяным паром при повышенных температурах
(105 – 120 0С). После совместной конденсации паров воды и десорбированных
ЛОС, полученный конденсат органических соединений отделяют в сепараторе от
водной фазы. Если десорбируемые органические соединения растворимы в воде,
то для выделения органических соединений конденсат подвергают дистилляции.
Если в очищаемом газе концентрация ЛОС мала (<1 г/м3), то нецелесообразно
проводить регенерацию адсорбента водяным паром, а необходимо провести
десорбцию горячим (200 – 250 0С) инертным газом (обычно дымовыми газами).
Десорбированные пары ЛОС не утилизируют, а сжигают каталитическим либо
термическим методом.
Адсорбционной разновидностью очистки газов является адсорбционно-
каталитический процесс. В этом случае в качестве адсорбента используются
оксидные катализаторы, которые в процессе очистки накапливают пары ЛОС, а
при регенерации, за счёт нагрева катализатора, происходит каталитическое
окисление уловленных ЛОС, на этом же бифункциональном адсорбенте-
катализаторе.
Окислительные методы: эта группа методов основана на полной окислительной
деструкции молекул ЛОС до СО2 и Н2О.
- Термические методы – методы сжигания органических загрязнителей воздуха.
Обычно используется, когда источник выделения загрязнённого воздуха
располагается вблизи какого-либо топочного устройства. В этом случае
загрязнённый воздух используется как дутьевой.
- Каталитические методы – методы дожигания конкретных органических
соединений на известных катализаторах, в том числе блочных.
- Гомогенные низкотемпературные окислительные процессы.
1. Введение озона в очищаемый газ. При концентрации озона 10 –20 мг/м3
очищаемого газа, эффективность очистки 90 –95 % по фенолу и
формальдегидам.
2. Очистка с помощью высокочастотного стримерного разряда. В зоне
действия разрядов происходит эффективная очистка от паров
органических соединений, таких как бензол, толуол, фенол, стирол. При
этом фенол конвертируется в аэрозоль гидрохинона, а стирол в аэрозоль
полистирола. Диоксины и фураны переходят в конденсированные
соединения.
- Жидкофазное окисление.
1. Процессы, основанные на абсорбции и последующем окислении паров ЛОС,
обычно используют для очистки отходящих газов с малой концентрацией
веществ с резким неприятным запахом.
2. Очистка водным раствором гипохлорита натрия. Так сернистые соединения
улавливаются на 99 %, карболовые кислоты на 98 %, альдегиды и кетоны
на 90 %, а фенолы и спирты на 85 %.
- Биохимические методы – методы, основанные на способности некоторых
организмов поглощать и окислять ЛОС.
Особенности очистки воздуха на ЦБК.
Из приведённого ранее, очевидна необходимость разработки несложного,
доступного и эффективного способа и аппарата для очистки выбросов в
атмосферу от пыли и серосодержащих соединений, ликвидации избыточной влаги
парогазового потока и теплового загрязнения. Отличительными особенностями
выбросов сульфатно-целлюлозного производства являются многочисленность
источников и многокомпонентность выбрасываемых газовых смесей. Кроме того,
выбросы от различных источников отличаются по объёму, качественному составу
и концентрациям вредных веществ. Подход к очистке выбросов в атмосферу
различен в зависимости от качественных характеристик выбросов,
подразделяемых на две группы, парогазовые и газопылевые. Такое разделение
основывается на различных методах подхода к обезвреживанию выбросов данных
групп. Парогазовым выбросам присуще наличие значительных количеств водяного
пара, а для ряда выбросов характерно состояние насыщения водяным паром.
Большинство вредных веществ в выбросах представляет собой серосодержащие
соединения, которые являются токсичными веществами, неблагоприятно
влияющими на жизнедеятельность растительного и животного мира.
В настоящее время к вопросу очистки дурнопахнущих парогазовых выбросов
сульфат-целлюлозного производства существует двоякий подход: первое –
обезвреживание с получением какого-либо ценного побочного продукта; второе
– доведение выбросов вредного вещества до санитарных норм, в лучшем случае
с рекуперацией уловленного компонента в производство.
Очистка газопылевых выбросов предусматривает несколько иной подход.
Используют пылеулавливающие установки. Современные установки для
улавливания серосодержащих газообразных компонентов, присутствующих в
дымовых газах СРК, основаны на абсорбционном методе очистки. Различаются
эти установки между собой аппаратурным оформлением, режимами управления и
свойствами абсорбента, причём последние являются определяющими при выборе
схемы газоочистки. В настоящее время для промывки дымовых газов СРК
применяются как щёлочные, так и нейтральные растворы, в ряде случаев в
щёлочную орошающую жидкость добавляются твёрдые вещества, способные
сорбировать и окислять серосодержащие газообразные компоненты.
Однако возникает ряд трудностей, сопряжённых с традиционным подходом к
проблеме очистки: образование труднообрабатываемых стоков и шламов при
абсорбционном методе очистки, необходимость регенерации адсорбента, влияния
высокого содержания водяных паров на эффективность пылеулавливания,
отсутствие утилизации тепла парогазовых выбросов и, как следствие, тепловое
загрязнение атмосферы.
В настоящее время в ЦБП для очистки выбросов из РП СРК применяются:
- Одноступенчатые схемы в целях утилизации тепла и очистки от пылевых
частиц плава и серосодержащих газов;
- Двухступенчатые схемы, где первая ступень (секционный кожухотрубный
теплообменник) служит для утилизации тепла, а вторая – для очистки от
загрязняющих веществ.
Двухступенчатые схемы обычно состоят из теплообменных устройств в качестве
первой ступени и скруббера или струйного газопромывателя – в качестве
второй, например, принципиальная двухступенчатая схема: трёхходовой по ходу
газов теплообменник является первой ступенью, струйный газопромыватель –
второй. Анализ работы установок на Братском ЛПК и Байкальском ЦБК
показывает, что эффективность улавливания пылевых частиц составляет 70…80
%, а абсорбция сероводорода 92…95 %. Реализация двухступенчатой схемы
очистки выбросов из РП СРК связана со значительными капиталовложениями, так
как кроме теплообменника и струйного газопромывателя он включает в себя
каплеуловитель, промежуточные ёмкости, насосы, разветвлённую систему
трубопроводов. Установка энергоёмка и металлоёмка, требует значительного
количества свежей воды для теплообменника и орошающих растворов.
Необходимость применения тягодутьевых устройств в данной схеме приводит к
большому выносу щёлочной капельной влаги в атмосферу, что снижает
надёжность работы тягодутьевых устройств, увеличивает потери химикатов,
разрушает кровлю цеха и загрязняет атмосферу.
Конденсационный метод очистки газов и аппарат – поверхностный
конденсатор.
Метод основан на конденсации водяного пара на охлаждённой поверхности
конденсатора. При этом пар, охлаждаясь, переходит в жидкую фазу, а
образующийся конденсат непрерывно отводится. Аппарат действует при
использовании самотяги вытяжной трубы. Симметричное расположение
конденсатора и вытяжной трубы относительно оси движения парогазовой смеси
вверх в межтрубном пространстве позволяет избежать застойных зон. Работа
установки заключается в следующем: конденсатор представляет собой две
трубы, одна внутри другой, между которыми располагается вытяжная труба, в
которой идёт пылепарогазовая смесь. В полости двух труб конденсатора
подаётся охлаждающий агент – вода, в результате находящийся внутри вытяжной
трубы пылепарогаз начинает конденсироваться на охлаждаемых стенках и
стекать по ней в отборник конденсата. Процесс газоочистки регулируется по
температуре воды на выходе из аппарата. Большое значение имеет
осуществление тепло- и массообмена в конденсаторе, где можно достичь
взаимодействия между плёнкой конденсата, образующегося на поверхности
охлаждаемых труб, и потоком пылепарогазовой смеси с минимальными
энергозатратами.
В аппаратах этого типа можно достичь:
- Интенсивного взаимодействия между стекающей плёнкой жидкости,
образующейся при конденсации паров воды из парогазовых выбросов на
охлаждаемых трубах и парогазовой смесью;
- Наименьшего удельного сопротивления аппарата. Когда паровая смесь
движется меж охлаждаемых труб (в межтрубном пространстве), её объём
уменьшается в процессе конденсации водяного пара.
Трудности, возникающие при осуществлении метода:
Основной сложностью является определение площади теплообмена, которая
должна обеспечить конденсацию парогазовой смеси при заданном расходе
охлаждающей воды с заданной её температурой. Интенсивность конденсации
парогазовых смесей обусловлена: изменением по высоте скорости парогазового
потока и плотности орошения; диффузионными процессами на границе раздела
пар – жидкость; влиянием поперечного потока вещества на гидродинамику
плёнки; возможностью уноса жидкой фазы в поток пара и срыва плёнки
парогазовым потоком – это сложные факторы, определяющие интенсивность
тепломассоотдачи, и которые проявляются в зависимости от геометрических
характеристик трубного пучка конденсатора.
Достоинства метода и установки:
- Уменьшение вредного воздействия на атмосферу содовой пыли и дурнопахнущих
серосодержащих газов. Так как эффективность пылеуловителя 95 – 99 %.
- Уменьшение наличия водяного пара в парогазовой смеси, что облегчает её
очистку.
- Возврат в производство ценного химического компонента – карбоната натрия.
- Возможность использования тепла конденсации. Охлаждающая вода, проходя по
трубам конденсатора, подогревается до температуры требуемой в
технологическом цикле.
- Для транспортировки выбросов по межтрубному пространству конденсатора
можно пользоваться самотягой вытяжной трубы, предусмотренной в технологии
растворения плава, так как поверхностный конденсатор обладает низким
гидравлическим сопротивлением.
Очистка сбросов в гидросферу с ЦБК.
Наиболее эффективным следует считать включение в технологический
|
