Расчет ущерба за негативное воздействие сброса сточных вод, содержащих тяжелые металлы

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.Н. ТУПОЛЕВА (КНИТУ-КАИ)

 

Кафедра общей  химии и экологии

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине: «Экономика природопользования и природоохранная деятельность»

на тему: «Расчет ущерба за негативное воздействие сброса сточных вод, содержащих тяжелые металлы»

 

 

 

 

Исполнитель:

студентка гр. 3652

Кузнецова Е.А.

Н. руководитель:

Газеев Н.Х.

 

Казань 2012 

Содержание

 

 

1. Введение

Рост городов, развитие промышленности и сельского  хозяйства привели к тому, что  располагая гигантскими водными  ресурсами, Россия уже испытывает в ряде регионов дефицит воды, а там где его еще нет, качество воды крайне низкое.

Гальванотехника - одно из производств, серьезно влияющих на загрязнение окружающей среды, в  частности ионами тяжелых металлов, наиболее опасных для биосферы. Главным  поставщиком токсикантов в гальванике (в то же время и основным потребителем воды и главным источником сточных вод) являются промывные воды. Объем сточных вод очень велик из-за несовершенного способа промывки деталей, который требует большого расхода воды (до 2 м³ и более на 1 м² поверхности деталей).

Сточные воды многих гальванических цехов содержат в  своем составе токсические вещества такие, как циан, хром, медь, свинец, кислоту, щелочи и др.

Превышение  ПДК может вызвать прямое или  косвенное вредное влияние на человека, животных, рыб. Действие хрома (VI), например, выражается в токсическом и канцерогенном проявлении. Поэтому необходимо максимально уменьшить концентрацию токсикантов в промывных водах.

На машиностроительном предприятии обезвреживание сточных  вод в том числе и от хромат-и цианид-ионов производят реагентным методом. Так, Сr (VI) восстанавливают до Cr(III), который менее токсичен, затем производят осаждение. Однако у этого метода есть недостатки. Основным недостатком этого метода является большое количество шламов, содержащих токсичные соединения тяжелых металлов. Утилизация и переработка образующихся шламов - очень сложное и дорогостоящее производство, а в некоторых случаях шламы не поддаются переработке. Основным методом обезвреживания таких отходов является захоронение их на специальных площадках, если таковые предусматриваются. Таким образом, возврат химреактивов и металлов в цикл производства практически исключен.

2. Особенности очистки сточных вод машиностроительного производства

Сточные воды (СВ) промышленных предприятий машиностроения, металлургии и других отраслей, в которых используются процессы травления и гальванической металлообработки, характеризуются сложным переменным составом и высокой токсичностью. Анализируя фазово-химический состав сточных вод промышленных предприятий можно отметить, что стоки представляют собой многокомпонентные дисперсные растворы с высокой степенью агрегативной устойчивости, в состав которых входят гомогенные и гетерогенные группы веществ. Вследствие этого усложняется эксплуатация очистных сооружений и не всегда достигается необходимая степень очистки.

Существующие  методы оптимизации технологического процесса очистки предусматривают  создание условий для быстрого и  полного разделения гетерогенной системы, которой являются сточные воды машиностроительных предприятий, что сводится к получению легкооседающих крупных хлопьев с сильно развитой поверхностью и к сокращению времени их формирования. К числу наиболее распространенных способов ускорения процесса коагуляции при очистке СВ машиностроения относятся следующие:

–реагентные, требующие внесения в воду дополнительных веществ: флокулянтов, окислителей, замутнителей, регуляторов рН воды;

–технологические: улучшение условий смешения реагентов  с водой и перемешивания в  камерах хлопьеобразования, рациональный ввод реагентов в воду;

–физические: обработка воды ультразвуком в магнитном  или электрическом полях, радиационное облучение.

Наиболее  эффективный способ интенсификации процесса очистки СВ гидролизующими коагулянтами–флокуляция. Из органических флокулянтов широко используются природные и синтетические высокомолекулярные флокулянты, из неорганических–активная кремнекислота Осветление СВ машиностроительных предприятий достигается отстаиванием СВ при совместном применении полиакриламида и коагулянтов. Важным фактором управления процессом коагулирования является регулирование рН. Для этого наиболее широкое применение получили щелочные реагенты :известь, мел, доломиты, из кислотных применяют серную, соляную и угольную кислоты. Часто действие одного коагулянта усиливается за счет другого, что наблюдается при совместном применении AI₂(SO₄)₃ и FeCI₃ в соотношении 1:1, 1:2, 2:1,а также каждого из этих коагулянтов с Na₂SiO₃. Улучшение очистки наблюдается и при раздельном коагулировании, при котором коагулянт вводится только в 40-50% общего количества воды. Объем коагулянта при этом составляет 70-80% того, что необходимо для обработки СВ обычным способом. В обработанной части воды происходит интенсивное хлопьеобразование, так как доза коагулянта оказывается выше оптимальной. Обработанную СВ с уже сформировавшимися хлопьями смешивают с необработанной таким образом, чтобы хлопья не разрушались. Способ раздельного коагулирования позволяет снизить расход коагулянта и ускорить процесс очистки.

Известны способы, интенсифицирующие процесс очистки воды гальванических производств методом ионного обмена как на природных, так и на синтетических сорбентах. Сущность способа заключается в обмене находящихся в растворе ионов тяжелых металлов на ионы водорода, натрия или гидроксила, изначально закрепленных на матрице сорбента. Так как в СВ машиностроительных предприятий находятся посторонние загрязнители, такие как нефтепродукты, ПАВ, глинистые и коллоидные, то для ускорения очистки СВ необходимо удалить эти примеси, которые могут тормозить ионный обмен. Аппаратурно это обычно оформляется как фильтрация очищаемого раствора через зернистую загрузку. Другое направление ионно-обменной очистки СВ – применение колонных аппаратов, работающих в ступенчато-противоточном режиме, при котором достигается скорость движения воды до 50 м/ч (объемный режим скорости воды до 10 м/ч).

Прогрессивным направлением технологии очистки СВ машиностроения является применение электрохимических  методов, в частности очистка  СВ в электролизерах с растворимыми электродами. На скорость очистки СВ при электрохимической обработке влияют физико-химические, электрические и гидродинамические факторы: солевой состав СВ, температура, состав добавляемого электролита, скорость движения воды в межэлектродном пространстве, плотность тока. На машиностроительном производстве применяют также метод очистки СВ коагулированием в электрическом поле. По этому методу воду с добавлением к ней небольших доз коагулянта пропускают между электродами, подключенными к источнику постоянного или переменного тока, при этом электрическое поле оказывает ускоряющее действие на коагуляцию дисперсных примесей воды и продуктов гидролиза коагулянтов. Электрохимические методы позволяют снизить оптимальную дозу коагулянта, ускорить хлопьеобразование, осаждение. Для очистки СВ, содержащих жиры, нефтепродукты, масла, и взвешенные вещества и прочие загрязнители целесообразно применять электрофлотационный метод очистки. Наиболее успешное удаление частиц загрязнителя методом флотации достигается гидрофобизацией, которая осуществляется с помощью флотореагентов, имеющих обычно полярную(гидрофильную) и неполярную(гидрофобную) группу. Кроме флотореагентов при флотации могут применяться пенообразователи-вещества, способные снижать поверхностное натяжение сточных вод и образовывать стойкие пены. В качестве гидрофобизаторов используют жирные кислоты и мыла, в качестве пенообразователей – поверхностно-активные вещества ПАВ.

Рациональное  решение проблемы очистки СВ позволяет  создать замкнутые системы водоснабжения машиностроительных предприятий, при которых полностью исключается сброс сточных вод в водоемы, а потребление свежей из источников предусматривается только для пополнения безвозвратных технологических потерь воды.

3. Состав сточных вод в машиностроении

В машиностроении источниками загрязнений сточных  вод являются производственные, бытовые  и поверхностные стоки.

Производственные  сточные воды образуются в результате использования воды в технологических  процессах. Сточные воды сварочных, монтажных, сборочных, испытательных цехов содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты и тому подобные вещества в значительно меньших концентрациях, чем в рассмотренных видах цехов и участков. Наибольшую опасность в машиностроении представляют стоки гальванического производства.

Бытовые сточные  воды, образующиеся в раковинах, санитарных узлах, душевых и тому подобном, содержат крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии и т.п.); примеси органического и минерального происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Концентрация указанных примесей в бытовых сточных водах зависит от степени их разбавления водопроводной водой.

Поверхностные сточные воды образуются в результате смывания дождевыми, снеговыми и поливочными водами загрязнений, имеющихся на поверхности грунтов, на крышах и стенах зданий и т.п. Основными примесями поверхностных сточных вод являются механические частицы (земля, песок, камень, древесные и металлические стружки, пыль, сажа) и нефтепродукты (масла, бензин, керосин, используемые в двигателях транспортных средств).

Литейные  цехи. Вода используется на операциях гидравлической выбиывки стержней, транспортировки и промывки формовочной земли в отделениях регенерации, а так же на гидротранспорт отходов горелой земли и систему обеспыливающей вентиляции. Образующиеся при выполнении этих операций сточные воды загрязняются глиной, песком, зольными остатками от выгоревшей части стержневой смеси и связующими добавками формовочной смеси. Концентрация этих веществ изменяется в широких пределах в зависимости от применяемого оборудования, исходных формовочных материалов и может достигать значений 5000 мг/л.

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

Прокатные цехи. Вода используется для охлаждения оборудования станов, гидросбива металлической окалины и обработки помещения. Сточные воды загрязняются в основном маслом и окалиной. При прокатке металлов на крупносортных станках образуется до 2 % окалины от массы прокатываемого металла; на среднесортных – 3 % и на мелкосортных – до 4 %, при этом масса частиц с размером более 1 мм составляет до 90% от всей массы окалины.

Гальванические цехи. Вода используется для приготовления растворов электролитов, промывных операций перед нанесением покрытий и перед сушкой деталей, наполнения ванн улавливания загрязняющих веществ, а так же промывки деталей после нанесения гальванических покрытий. Их всех видов сточных вод машиностроительных предприятий стоки гальванических цехов загрязнены в наибольшей степени ядовитыми химическими веществами, при этом концентрации загрязнений существенно зависят от вида технологического процесса нанесения гальванопокрытий. Так, концентрация загрязнений сточных вод промывных ванн после нанесения покрытий не превышает 200мг/л, а в периодически сбрасываемых сточных водах ванн нанесения покрытий достигает 100000 мг/л.

Основные виды загрязнений сточных вод гальванических цехов при травлении – различные кислоты; обезжиривании – цианиды и кислоты; декапировании – кислоты; осветлении – щелочи и азотная кислота; электрополировании – серная и азотная кислоты; латунировании – цианы; нанесении металлических покрытий – медь, никель, хром, цинк, серебро, олово (в зависимости от вида покрытий); анодировании – кислоты и т.п.

Бытовые сточные воды машиностроительных предприятий. По составу и концентрации загрязняющие вещества подобны городским сточным водам, очищаемым на городских станциях канализации. К ним относятся воды, поступающие из раковин, санитарных узлов, душевых и т.п. Основные загрязнители бытовых сточных вод: крупные примеси (остатки пищи, тряпки, песок, фекалии); примеси органического и минерального происхождения в нерастворенном, коллоидном и растворенном состояниях; различные, в том числе болезнетворные бактерии. Концентрация загрязнения в бытовых сточных водах зависит от степени разбавления бытовых стоков водопроводной водой.

4. Гальваническое производство

Гальваническое  производство является одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды, главным образом поверхностных и подземных водоемов, ввиду образования значительного объема сточных вод, содержащих вредные примеси тяжелых металлов, высокотоксичных соединений, неорганических кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ, а так же большого количества твердых отходов, содержащих тяжелые металлы в малорастворимой форме. В гальваническом производстве вода используется на хозяйственно-бытовые, противопожарные и технологические нужды. Технологические нужды включают в себя: приготовление технологических растворов, промывка деталей, охлаждение оборудования (выпрямители) и растворов (ванны), прочие нужды (промывка фильтров, профилактика оборудования). Расход воды на приготовление технологических растворов определяется объемом ванн и составом растворов. Расход воды на охлаждение выпрямителей определяется их типом и мощностью, и указывается в технической документации (паспорте). До 90-95 % воды в гальваническом производстве используется на промывочные операции, причем удельный расход воды зависит от применяемого оборудования и колеблется в широком диапазоне от 0,2 до 2,3 м³ на 1 м² обрабатываемой поверхности. Соединения металлов, выносимые сточными водами гальванического производства, оказывают вредное воздействие на экосистему. Например, соединения меди и кадмия даже в малых концентрациях оказывают резко выраженное токсическое действие на рыб и другие водные организмы. Операции обработки поверхности и нанесения покрытий разделяются друг от друга операциями промывки, вследствие чего гальваническое производство неразрывно связано со сбросом отработанных промывных вод. Объем, количественный качественный состав стоков зависит от расхода воды на промывку и применяемой схемы промывки, а так же от составов технологических растворов и степени сложности профиля деталей. Таким образом, рационализация водопотребления через выбор применяемого оборудования и схем промывки, определяют объем, количественный и качественный состав промывных и сточных вод и состав очистного оборудования, эффективность его работы.