Содержание к диссертации
Введение
1. Глава 1 . Методы оценки влияния промышленных объектов на природную среду
1.1 . Взаимодействие промышленного объекта с окружающей природной средой, его специфика
1.2. Надежность технических объектов, экологическая опасность и риск
1.3. Анализ источников техногенной опасности и риска
1.4. Методы оценки техногенных воздействий
1.4.1.Методы, базирующиеся на концепции предельно допустимых концентраций Превышение предельно допустимых концентраций Разбавление загрязненного стока природными водами Экометрический метод Метод эколого-экономической эффективности производства
1.4.2. Метод материальных балансов
1.4.3. Метод индикаторов и индексов качества природной среды
1.4.4. Энергетическая оценка
1.5. Управление техногенной опасностью
1.6. Основные выводы и структура представления научного материала
2 Глава 2 . Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности
2.1. Общие положения
2.2. Особенности технологий и развитие производства на АО «Кондопога» и Сясьском ЦБК
2.3. Динамика развития производства на Сясьском ЦБК и АО «Кондопога»
2.4 Отходы производства и очистные сооружения
2.4.1. Выбросы в атмосферу
2.4.2. Твердые отходы 55
2.4.3. Сточные воды Водоотведение АО «Кондопога» Водоотведение Сясьский ЦБК 63
2.5. Выводы 64
3. Глава 3 . Анализ водопотребления и водоотведения предприятий 65
3.1. Основные положения 65
3.2. Характер использования воды на предприятии 68
3.3. Особенности водопользования АО «Кондопога» и Сясьского ЦБК 69
3.3.1. Водопотребление на АО «Кондопога» 69
3.3.2. Водопотребление на Сясьском ЦБК 70
3.3.3 Сравнительная характеристика внутреннего и внешнего водопользования предприятий 75
3.4. Оценка уровня рациональности водопользования 79
3.5. Выводы 82
4 Глава 4. Оценка техногенной нагрузки 84
4.1. Геоэкологическое обследование территории 84
4.2. Оценка степени загрязненности поверхностных вод по превышению ПДК и лимитирующему показателю вредности 87
4.3. Оценка загрязнения поверхностных вод производственными стоками ЦБК 90
4.3.1. Оценка опасности воздействия на поверхностные воды объектов Сясьского ЦБК 91
4.3.2. Определение опасности воздействия производственных выпусков АО «Кондопога» на Кондопожский залив 95
4.4. Определение степени загрязненности подземных вод 100
4.5. Оценка предельно-допусти мой техногенной нагрузки на территорию по энергетическим показателям 103
4.6. Оценка эколого-экономической эффективности производства 105
4.7. Сопоставление величины загрязнения окружающей природной среды от эксплуатации Российских и зарубежных ЦБК
4.8. Выводы 109
5. Глава 5 . Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения природной среды
5.1. Основные подходы к исследованию взаимодействия промышленного предприятия с окружающей средой 112
5.2. Основы моделирования 114
5.3. Балансовые модели основных технологических процессов 116
5.3.1. Балансовая модель производства газетной бумаги на АО 118 «Кодопога»
5.3.2. Балансовая модель производства санитарно-бытовой бумаги на Сясьском ЦБК 122
5.4 Моделирование и прогнозирование распространения загрязняющих веществ в ГТС 126
5.5. Выводы 128
6. Заключение 130
7. Литература 132
8. Приложения
Приложение 1. Фото ЦБК 143
- . Взаимодействие промышленного объекта с окружающей природной средой, его специфика
- Общие положения
- Основные положения
- Геоэкологическое обследование территории
Введение к работе
1. Глава 1. Методы оценки влияния промышленных объектов на природную
среду
1.1. Взаимодействие промышленного объекта с окружающей природной
средой, его специфика
1.2. Надежность технических объектов, экологическая опасность и
риск
Анализ источников техногенной опасности и риска
Методы оценки техногенных воздействий
1.4.1.Методы, базирующиеся на концепции предельно допустимых
концентраций
- Превышение предельно допустимых концентраций
Разбавление загрязненного стока природными
водами
Экометрический метод
Метод эколого-экономической эффективности производства
Метод материальных балансов
Метод индикаторов и индексов качества природной среды
Энергетическая оценка
Управление техногенной опасностью
Основные выводы и структура представления научного материала
. Взаимодействие промышленного объекта с окружающей природной средой, его специфика
Задача разработки рациональной политики природопользования, непосредственно связанная с оценкой, анализом и управлением величиной техногенной нагрузки на компоненты ОС, находит свое решение в системном анализе 1ТС [7-Ю] Такие системы формируются в результате материального, энергетического. информационного взаимодействия искусственно созданного человеком технического ядра (отдельный промышленный объект, предприятие, транспортный узел, магистраль или город во всем его разнообразии взаимосвязанных производственных, бытовых, транспортных, рекреационных технологий) с окружающей его природной средой. Техническое ядро и окружающая его природная среда объединены в единое целое центростремительными (потребляемые ресурсы) и центробежными (готовая продукция, отходы производства и потребления) потоками (рис. 1.1). Центростремительные потоки в системе представляют сырье (MJ и местные природные ресурсы, потребляемые предприятием (земля - 4.1, вода из поверхностных источников-2.1 и из подземных источников-3.1, воздух-5.1). Центробежные потоки - готовая продукция (М„) и отходы производства, поступающие в поверхностные -1.2 и грунтовые - 1.3 воды, на почву - 1.4 и в атмосферу - 1.5. Эти отходы мигрируют в природной среде за счет взаимообменных потоков (обозначены буквами), аккумулируются - тд, тц, тг_ тл в соответствующих компонентах природной среды и трансформируются при протекании химических реакций: QA, On, Or, Ол Как видно из схемы, технический объект комплексно влияет на все элементы ОС даже в нормальном рабочем режиме. Выход из состояния равновесия такой системы спровоцирует изменения как в ней самой, так и на более высоких иерархических уровнях экологического сообщества. Примером может служить тот факт, что в настоящее время практически нет района на земном шаре, где бы прямо или косвенно не проявлялся эффект антропогенного изменения природного ландшафта. Нарушения природного баланса происходят как на региональном уровне (эвтрофирование озер, эрозия почв, отравление рыбы ...) так и на планетарном («парниковый эффект», снижение прозрачности атмосферы, увеличение озонового дефицита ...), что еще раз подчеркивает глубину естественных взаимосвязей природных экосистем.
Интенсивность техногенного пресса в ГТС определяется мощностью И спецификой системообразующего техногенного ядра, управляющего, совместно" с региональными природными условиями, размером зоны воздействия. В связи с этим неизбежно встает вопрос о величине этого техногенного пресса или опасности, непосредственно связанной с надежностью технических объектов. В качестве промышленного объекта и ядра ГТС рассматривается предприятие ЦБП. Наиболее сильное влияние предприятия ЦБП оказывают на состояние природных вод (как поверхностных, так и подземных), поскольку этот вид производства является одной из самых водоемких отраслей народного хозяйства РФ Все виды промышленности подразделены на категории, в зависимости от количества потребляемой в производстве природной воды (табл. 1.7)[18]. Таблица 1.7. Классификация промышленных предприятий по количеству потребляемой воды. Отрасли промышленности Система водоснабжения Количество систем Удельный Водообо- Прямо- расход воды ротных точных м3/сут. на 1 га 1. Категория А. Оборотная, 5-7 на 3-6 15000-80000 Целл юлозно-бу мажная, комбинированная каждом энергетическая, предприя- металлургическая тии промышленности 2. Категория Б.Химическая,нефтехимическая,горнодобывающая,частичнометаллургическая Оборотная, комбинированная 4-6 3-7 50000 - 1500( і 3. Категория В. Машиностроительная промышленность, трубопрокатное производство Прямоточная,частичнооборотная 1 -4 2-6 500 - 5000 4. Категория Г. Текстильная, легкая, производство строительных материалов, пищевая. Прямоточная 1 -3 1 -3 50-500 І 5. Категория Д.! Зерновые элеваторы,мукамойные заводы идр. предприятияпищевойпромышленности Прямоточная 1 1 50 Таким образом, ЦБП принадлежит к категории предприятий, потребляющих наибольшее количество природной воды, на производство 1 т целлюлозы расходуется около 1500 м3 воды. Необходимо заметить, что и в этой категории она занимает лидирующее положение. Действующий ЦБК при взаимодействии с ОС формирует ГТС, в соответствии с рис.1.1. Для получения целлюлозно-бумажной продукции в производство вовлекаются лесные, водные и земельные природные ресурсы. Ежегодное потребление свежей воды в этой отрасли составляет около 2,1 - 2 млрд. м3, или около 4,5 - 4,7 % общего водопотребления России [2]. Так, например, АО «Кодопога» потребляет порядка 188 тыс м3\сут чистой воды, 5 тыс. м /сут еловой древесины, а также большое количесгво таких химикатов как: аммофос, гипохлорид кальция, аммиак, сера, хлорное железо и т. д. В результате химической переработки древесины и других видов сырья, в том числе и химикатов получаются разнообразные продукты (целлюлоза, бумага, картон, кормовые дрожжи, лигносульфонаты технические), которые направляются на удовлетворение потребностей народного хозяйства. Процесс производства продукции лесохимии является одновременно и процессом образования производственных отходов, из которых одни частично утилизируются, другие выбрасываются в ОС, вызывая её загрязнение. За сутки работы ЦБК образуется около150 тыс. м /сут сточных вод, 100 т выбросов в атмосферу, 71 т твердых отходов. Причем, для предприятий ЦБП проблема уничтожения количества и степени загрязнения сточных вод (СВ) имеет первостепенное значение. На долю комплекса приходится выше 20% (2 млрд. м3) сброса загрязненных С В промышленностью РФ. Главный источник образования загрязненных СВ в отрасли -производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелке полуфабриката с применением хлорпродуктов [86, 87] Загрязненные СВ предприятий отрасли характеризуется наличием в них таких вредных веществ, как сульфаты, хлориды, нефтепродукты, фенолы, формальдегиды, метанол, фурфурол, деметилсульфид, диметилдисульфид, ртуть. Наибольшую опасность для водной среды представляет биологическая загрязненность СВ Слишком большая потребность в кислороде на окисление органики СВ приводит к кислородному обеднению водоема и как следствие к уменьшению запаса рыбы в водоёме. Растворенные в стоках ЦБК вещества (хлор, сернистый ангидрид, сероводород, метилмеркаптан и др.), попадая в водоем придают воде неприятный запах и привкус. Лигнин, содержащийся в стоках сульфатцеллюлозного производства в виде щелочного лигнина, а в стоках сульфитцеллюлозного производства - в форме лигносульфоновых кислот, практически не поддается биологическому окислению. Содержащийся в стоках лигнин придает водоему темную окраску, затрудняя процессы фотосинтеза, способствует вспениванию воды, что делает невозможным применение такой воды в качестве оборотной.
Основными загрязнителями атмосферы являются серосодержащие соединения (сернистый ангидрид, или двуокись серы), пылевые выбросы, окись углерода, окислы азота, сероводород). Попадая в атмосферу эти вещества отрицательно влияют не только на здоровье людей но и на многие растения, особенно хвойные
Общие положения
Для анализа влияния технологических процессов ЦБП на окружающую природную среду выбраны наиболее крупные предприятия этой отрасли на Северо-западе России (в том числе прекратившие производство): Сясьский ЦБК, АО «Кондопога» и Приозерский ЦБК. Выбор именно этих предприятий обусловлен особенностями их расположения, спецификой технологических процессов, мощностью производства и практически одновременным введением их в число действующих в 1928 году. АО «Кондопога» располагается в Карелии на берегу Кондопожской губы Онежского озера в 80 км к северу от г. Петрозаводска (Приложение 1, рис. 1). Сясьский ЦБК размещен на севере Ленинградской области на берегу Волховской губы Ладожского озера (Приложение 1, рис. 2). Приозерский ЦБК, ныне мебельный деревообрабатывающий комбинат, находится в г Приозерске Ленинградской обл., расположен на берегу р. Вуокса вблизи места ее впадения в Ладожское озеро. ,_, Рассматриваемые предприятия расположены на водосборе «Большой Невы» - на берегах крупнейших озер Европы Ладожского и Онежского, обладающих уникальными по объем) и химическому составу запасами высококачественной пресной воды. Однако, следует подчеркнуть, что кроме указанных ЦБК на территории водосбора «Большой Невы» дополнительно расположены Ляскельский, Светогорский, Питкярантский ЦБК (рис.2.1), продуктивность которых несколько ниже, чем у рассматриваемых [98 ]. Промышленные стоки ЦБК разбавляются и мигрируют через Неву в Финский залив и Балтийское море. Ряд исследователей считает, что работа данных предприятий вызывает не менее 50% общего химического загрязнения Ладоги [SO, 106, 107]. При этом в результате ветрового, стокового, плотностного и молекулярно-диффузионного переноса, загрязнения достигают наиболее крупных централизованных водозаборов питьевого водоснабжения (например, Санкт-Петербургского).
Предприятия ЦБП на территории «Большой Невыл-Более чем 70 - летняя деятельность промышленных объектов, сбрасывающих в озера недостаточно очищенные СВ, негативно отразилась на динамике водных экосистем. Так, например, исследования донных осадков Кондопожской губы Онежского озера, выполненные Институтом Водных Проблем Севера (Карельский Научный Центр РАН), свидетельствуют о наличии в осадках тяжелых металлов, остатков целлюлозы и бумажного волокна, нефтепродуктов и других ингредиентов техногенного происхождения. По оценкам авторов (8 5 ярко выраженное загрязнение обнаружено 35 лет назад, а наиболее высокая сапробноп ь наблюдалась в 80-е годы. Это связано с общим состоянием дел в экономике страны и на АС) «Кондопога» в частности. Именно на этот период приходится пик производственной мощности предприятия. В таблице 2.1. представлен химический состав донных отложений Кондопожской губы Онежского озера по данным [85, 83]. Таблица 2.1. Химический состав донных отложений Конжопожской губы Онежского озера. Показатель Среднее значение Показатель 1Среднее значение РН 6,61 N общий, % в.с.н. 1,17 Естественная влажность, % в.с.н. 91,4 N аммиачный, % в.с.н. 0,1! 1 Гумус, % в.с.н. 31,2 Р общий, % в.с.н. 0,26 Углерод органический, % в.с.н. 18,1 Р легко подвижный, % в.с.н. 0,14 Нефтепродукты, % в.с.н. 0,69 Fe, % в.с.н. 1,7 Chi "А", мг/ІООг. в.с.н. 9,8 Мп, % в.с.н. 0,8 Накопление органических веществ в районе исследования произошло вследствие работы глубинного выпуска производственных СВ. Причем, если в 1964 году площадь загрязнений составляла 3 км , а в 1971 - 17,2 км2, то в настоящее время донные отложения загрязнены ни всей Кондопожской губе. Экологическое состояние Волховской губы исследовалось в 1988 - 1989 годах Гипробумом, и в 1990-1992 годах комплексной экспедицией ЛГИ им. Г. В. Плеханова, ВСЕГЕИ, ВНИГРИ, ВНИИКАМ, ЛГМИ. Состояние юго-заладной части Волховской губы формируется под воздействием впадающих в неё рек, особенно р. Сясь и р. Волхов, вносящих загрязняющие вещества со СВ целого ряда крупных промышленных и сельскохозяйственных объектов, в том числе Волховского алюминиевого завода. По данным Волховского комитета по охране природы такие показатели как индекс загрязненности поверхностных вод, концентрации растворенного кислорода, фенолов, СПАВ, метанола, лигносульфонатов, БПК5 характеризуют воды устья р. Сясь как грязные, а воды р Валгомы в 500 м ниже устья как умеренно загрязненные. Выбор двух комбинатов ЦБП для дальнейшего исследования обусловлен тем, что они относятся к числу основных самых мощных источников техногенного пресса на окружающую природную среду большого региона, достаточно плотно населенного и являются, таким образом, объектами повышенного ЭР для здоровья населения и экологического равновесия природных экосистем.
Производство бумаги и продуктов лесохимии возможно по различным технологическим схемам и зависит от вида выпускаемой продукции. Основным выпускаемым товарным продуктом на Кондопожском ЦБК является газетная бумага, производство которой не требует отбелки целлюлозы. На производство сульфитной беленой целлюлозы затрачивается в 3-3,5 раза больше свежей воды, а отбелка целлюлозы самый водоемкий и технологически сложный процесс (на практике число ступеней отбелки колеблется от 3 до 11) [86]. Кроме того, при отбелке образуется большое количество токсичных стоков (для Сясьского ЦБК это около 1000 м3/час), имеющих агрессивную среду (рН=9-10) и содержащих высокие концентрации органических соединений. Поэтому отсутствие такого процесса как отбелка целлюлозы будет свидетельствовать о потенциально меньшем ЭР загрязнения поверхностных и подземных вод
Основные положения
Геоэкологическое обследование территории
Количество потребляемой на технологические нужды воды определяется спецификой технологических процессов и уровнем организации всей системы водопользования. При этом необходимо выделить две составляющие водопользования: внутреннюю и внешнюю. . Внутреннее водопользование характеризуется количеством воды, забираемой организованным путем из естественных водных объектов (поверхностных или подземных), а также вводимой в технологический процесс с сырьем или реагентами Эта вода обеспечивает проведение технологических процессов различного назначения, загрязняется, проходит очистку на локальных или общезаводских очистных сооружениях до установленных норм качества. Затем эта вода отводится в естественные водные объекты или специально организованные инженерные сооружения - накопители СВ. Внешнее водопользование включает в себя две составляющие. Первая - это использование водных объектов для транспортировки исходного сырья от поставщика до потребителя. В этом случае имеет место частичная потеря сырья и загрязнение води растворимыми компонентами. Вторая составляющая связана с приемом организованных технологических и бытовых СВ после очистных сооружений и поверхностного стока (талые и дождевые воды) с загрязненной территории. Вторая составляющая определяется тем объемом воды, который необходим для разбавления стоков до величины Г — 1 непосредственно в водном объекте по каждому ЛПВ . Полная водо мкость предприятия есть сумма внутренней и внешней составляющих. Количество технологических СВ, образующихся на предприятии, зависит от объема потребляемой воды и характера её использования в прямоточных, повторно-последовательных и оборотных системах водоснабжения. Требования к качеству, используемой на технологические нужды воды, в большинстве случаев менее жестки, чем для выпуска СВ в водоемы в пределах городской черты. В связи с этим оборудование предприятия ЛОС открывает путь практически полного замыкания стоков водооборотных циклов различного назначения [96,10Z]. Основные пути поступления загрязняющих веществ в естественные водоемы и водотоки приведены в таблице 3.1. и 3.2. Таблица 3.1. Пути загрязнения поверхностных водных объектов. Основные источники загрязнения Условия формирования загрязнения ПРЯМОЙ ПУТЬ (организованные выпуски сточных вод) 1. Технологические нормативно очищенные стоки Состав стоков определяется спецификой производства, а объем производительностью систем и уровнем эксплуатации. 2 Водооборотные охлаждающие системы (продувочные стоки, выводящие избыточные соли жесткости, коррозионно-активные анионы и взвешенные вещества) То же і 3. Системы химводоподготовки (регенерационные и промывные воды) То же 4. Другие источники слабоминерализованных стоков. То же КОСВЕННЫЕ ПУТИ (неорганизованные потоки) 1. Загрязненная территория промышленной площадки (смыв поверхностным или поливомоечнымстоком) Состав определяется спецификой и культурой производства, объем гидрометеорологическими условиями и нормой полива. 2. Загрязненные грунтовые воды, выклинивающиеся на поверхность Состав определяется спецификой производства и слагающими породами, объем — гидрогеологическими условиям- следует подчеркнуть, что при инфильтрации атмосферных осадков через твердые отходы ранних этапов работы ЦБК (участки складирования пиритного огарка, золы и шлама) происходит наиболее интенсивное воздействие на качество подземных вод. Вторым по значимости является загрязнение подземных вод из работающих накопителей и отстойников.
Самое существенное загрязнение поверхностных водоемов связано с организованным сбросом недостаточно очищенных СВ, то есть является проблемой внешнего водопользования и конструкторских решений по усовершенствованию способов очистки. Современный уровень развития промышленности привел К образованию в СВ новых, неизвестных природе, токсичных компонентов, трудно поддающихся очистке. Кроме того, на сегодняшний день, практически на всех российских предприятиях существует устаревшая и малоэффективная система сбора и обработки СВ, при которой все СВ, образующиеся в технологических процессах, по общей канализационной сети собираются на общезаводские очистные сооружения Очистить до норм ПДК большое количество стоков (для ЦБК это в среднем 4-6 тыс.м /час), имеющих широкий спектр загрязняющих веществ, присутствующих в высоких концентрациях, является дорогостоящей и сомнительно достижимой задачей Именно поэтому утвержденные в 70-х годах нормы ПДК для отведения СВ в водоемы на сегодняшний день для многих российских предприятий недостижимы, поскольку экономически обоснована очистка стока на 80-95%, а углубление очистки связано с большими материальными и энергетическими затратами. Выходом из сложившейся ситуации может служить совершенствование устоявшихся на предприятиях принципов внутреннего водопользования в следующих направлениях: снижение водопотребления и, по возможности, переход на безводную технологию; внедрение замкнутых водооборотных систем (ВОС), с минимальной подпиткой свежей водой для компенсации потерь; при невозможности использования воды в замкнутой ВОС максимальное ее" повторно-последовательное использование [10]. Требования к потребляемой воде на предприятии различно, в зависимости от того в каком технологическом процессе она используется. В зависимости oi назначения, используемую воду подразделяют на четыре категории Первая категория - вода, используемая для питания котлоагрегатов (паросиловые нужды) должна отличатся самым высоким качеством, и подвергается специальной обработке на ионно-обменных фильтрах. В воде должны отсутствовать механические примеси, соли постоянной (кальций, магний) и временной (карбонаты) жесткости, которые при испарении воды оседают на поверхностях теплообмена. Кроме того, могут предъявляться требования по снижению содержания растворенною кислорода и коррозионно- активных анионов.
