АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ 

Кафедра промышленной теплоэнергетики  

 

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЯ

Конспект лекций

 для студентов всех форм обучения

специальности 5В0717 – Теплоэнергетика

 

                                                         

Алматы  2010 

             СОСТАВИТЕЛЬ:  Cултанбаева Б.М. Инженерная экология. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В0717 – Теплоэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2009. - 51с. 

           Конспект лекций предназначен для бакалавров специальности 5В0717 – «Теплоэнергетика» и подготовлен в соответствии с образовательным стандартом для профильных дисциплин по курсу «Инженерная экология».

 

          Введение 

          Тепловыми электростанциями и котельными выбрасывается вредных веществ в атмосферу около 25% валового выброса промышленности страны. Количество сточных вод составляет более половины общего сброса предприятиями всех отраслей промышленности. Состояние воздушного и водного бассейнов территории вблизи ТЭС или АЭС зависит от вида используемого топлива и организации его сжигания, работы пылегазоулавливающих и водоочистных установок, устройств контроля и организации эксплуатации оборудования.

          В данной работе освещены основные проблемы по улучшению качества окружающей природной среды при производстве электроэнергии и теплоты, описаны методы очистки сточных вод и выбрасываемых в атмосферу газов, приведены расчеты для выбора мероприятий по охране окружающей среды.

          Нашли отражение вопросы законодательной базы охраны окружающей среды Казахстана, стратегические направления и мероприятия государства по стабилизации качества окружающей среды.

          Настоящий конспект, включающий восемь лекций, предназначен для бакалавров, изучающих дисциплину «Инженерная экология» в объеме двух кредитов. Данная работа поможет студентам при самостоятельном изучении курса «Инженерная экология», а также при подготовке к дипломному проектированию. 

 

         1 Лекция №1.  Предмет  инженерной экологии. Энергетика и   окружающая среда.

 

          Содержание лекции: предмет, содержание и цель курса «Инженерная экология»; состояние и проблемы влияния человеческой деятельности на окружающую среду; aнализ и оценка воздействия объектов энергетики на окружающую среду; экологическая обстановка в Республике Казахстан.

          Цель лекции: определить цель курса в подготовке бакалавра по специальности «Теплоэнергетика»; ознакомить с проблемами влияния человеческой деятельности на окружающую среду; дать оценку воздействия объектов энергетики на окружающую среду; провести анализ экологической обстановки в Республике Казахстан. 

          1.1    Содержание курса «Инженерная экология»

          Экология (греч. oikos – дом , logos - наука) – наука, изучающая условия существования живых организмов, их взаимосвязь между собой и средой, в которой они обитают. Термин предложен в 1886 году Эрнстом Геккелем.

          Антропогенная экология – это наука, исследующая общие законы взаимодействия биосферы и человека, влияние природной среды на человека.

          Инженерная экология – прикладная дисциплина, представляющая собой систему научно обоснованных инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества окружающей среды в условиях растущего промышленного производства.

         Биосфера (греч. bios – жизнь, spharia - шар) – оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, охватывающих нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Человеческое общество является одним из этапов развития жизни на Земле, т.е. одним из этапов биогенеза. Отличительной чертой биогенеза на современном этапе эволюции является влияние разума. Соответственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу.

          Ноосфера – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, когда разумная деятельность становится  главным определяющим фактором глобального развития.

          Одним из центральных в инженерной экологии является понятие экологическая система (экосистема) – это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

          Введем классификацию для экологических систем типа «человек – производственный объект – окружающая среда». Такие экосистемы могут быть трех уровней:

          -  глобальные (крупный промышленный регион, например, Канско-Ачинский топливно-энергетический объект - КАТЭК);

          -  региональные (любое промышленное предприятие, включающее в себя промышленную площадку и санитарно – защитную зону, например, АЭС);

          -    локальные (цех, производственное предприятие, любое помещение, включая рабочее место, квартиру и др.).

Экологический фактор – элемент среды, оказывающий существенное влияние на живой организм или, по-другому, любое условие среды, на которое «живое» реагирует приспособительными реакциями.

          Систематизация информации об экологических системах типа «человек - производственный объект – окружающая среда» проводится на основе обобщенного понятия антропогенный производственный фактор (АПФ) – фактор, способный вызвать негативные изменения здоровья человека, непосредственно занятого в производственном процессе, и антропогенные изменения окружающей среды, подверженной воздействию данного производственного процесса.

          По своей природе АПФ могут быть физическими, химическими, биологическими, психофизиологическими.

          По своему действию АПФ могут разделяться:

- на вредные – АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводят к заболеванию или снижению работоспособности (например, шум, вибрация, электромагнитные поля);

- опасные – АПФ, воздействия которых на работающих в определенных условиях приводит к травме или другому резкому ухудшению здоровья (например, электрический ток, газообразный хлор в определенных концентрациях);

-  особо опасные – АПФ, которые при определенных условиях приводят к промышленной аварии (ионизирующее излучение, пожар, взрыв, выброс большого количества газообразного хлора).

          Таким образом, предметом изучения инженерной экологии является взаимодействие технологических и природных процессов в экологических системах «человек – производственный объект – окружающая среда» различных уровней.

          Цель курса – подготовить специалиста к реализации стратегии устойчивого развития, энергосберегающей и природоохранной технической политики при проектировании, монтаже и эксплуатации теплоэнергетического оборудования ТЭС и промышленных предприятий.

         

1.2 Природная  среда, состояние и проблемы влияния человеческой      деятельности на окружающую среду

          1.2.1   Причины устойчивости биосферы.

          Магнитное поле Земли. Земля представляет собой своеобразный магнит, его силовые линии окружают земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает живые организмы от солнечного ветра.

          Озоновый слой биосферы. Основное количество озона сосредоточено в стратосфере на высоте   15-25 км (верхняя граница его распространения – 45 км), где он образует озоновый слой, или озоносферу. У поверхности Земли озон появляется только во время грозовых разрядов. Этот газ имеет неоценимое эколого-биологическое значение, так как слой озона практически полностью поглощает поток коротковолновых УФ - лучей Солнца с длиной волны 200-280 нм и около 90% ультрафиолетового излучения с длиной волны 280-320 нм.

          Высокое разнообразие организмов в биосфере. Биосфера рассматривается как сложная экосистема, функционирующая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Так, климат определяет общий характер выветривания земной коры, формирования рельефа и почвообразования, типы растительного покрова и животного населения. Почвы непосредственно и сильно воздействуют на растительность и почвенную фауну, косвенно (через растительность) – на других животных. Растения участвуют, в свою очередь, в почвообразовании, изменяют микроклимат, но также существенно влияют друг на друга и на условия существования животных. Животные влияют на некоторые стороны почвообразования (кроты, дождевые черви).

          Редуцентное звено биосферы. Важнейшим свойством любой экосистемы является участие ее живых компонентов в разложении остатков растительной биомассы. В процессе разложения участвуют многочисленные беспозвоночные животные, грибы, бактерии, которые составляют вместе редуцентное звено глобальной экосистемы.

          1.2.2    Современное состояние биосферы

          - Преобразуется облик планеты: уничтожаются леса; истощаются залежи полезных ископаемых; создаются новые водохранилища.

          - Изменяется химический состав воздуха, воды, почвы. Биосфера загрязняется веществами, которые не вовлекаются в круговорот и накапливаются в ней: пестициды, удобрения, отходы промышленности, радиоактивные вещества.

          - Снижаются темпы природного процесса биологической очистки, процесса самоочищения. Главную опасность представляет изменение не количества, а качества отходов, которые не используются микроорганизмами, не распадаются, не окисляются.

          Под устойчивостью биосферы понимается способность активной части биосферы – биоты – на основе жестких обратных связей гасить возмущение (принцип Ле-Шателье). На современном этапе биота теряет устойчивость.

          1.2.3    Техногенное загрязнение окружающей среды.

          Наиболее ощутимым в смысле воздействия на среду обитания человека можно считать загрязнение окружающей среды – это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.

          Выбросы в окружающую среду классифицируются:

а)  по агрегатному состоянию различают газо- и парообразные, жидкие, твердые и смешанные выбросы;

б)  по массовому выбросу выделяют шесть групп: 0,01; 0,01- 0,1; 0,1-1,0; 1,0 - 10; 10 – 100; свыше 100 т/сутки.

По своему происхождению промышленные загрязнения могут быть: 

а)  механические – пыль в воздухе, твердые частицы и разнообразные предметы в воде и почве;

б)  химические – всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой;

в) биологические – это виды организмов, появившиеся при участии человека и наносящие вред ему или живой природе.

Источники загрязнений окружающей среды подразделяются на сосредоточенные (точечные) и рассредоточенные. К точечным относятся дымовые и вентиляционные трубы, шахты и т.п.; к рассредоточенным – фонари цехов, ряды близко расположенных труб, открытые склады и т.п.

Источники загрязнения могут быть также непрерывного и периодического действия.

Отрицательно влияя на окружающую среду, загрязнения, в свою очередь, могут подвергаться определенному воздействию окружающей среды. По этому признаку различают стойкие (неразрушимые) загрязнения и разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов.

Техносфера (Н.Ф.Реймерс, 1990 г.) - часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия ее социально-экономическим потребностям человечества.

          Масштабы антропогенного загрязнения на современном этапе развития общества достигли таких размеров, что поставили окружающую среду на грань экологической катастрофы.

          Катастрофической является ситуация с существенными необратимыми негативными последствиями, для ликвидации которых требуется принятие инженерных и административных решений.

         Если после негативного воздействия сохраняется возможность восстановления (хотя бы частичного) нарушенных структурно-функциональных характеристик системы, то состояние соответствует кризисному. Нынешнюю ситуацию можно охарактеризовать как экологический кризис.

          Экологический кризис – стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а способности саморегулирования экосистем в условиях антропогенного воздействия существенно подорваны.

          Главнейшая цель экологии – вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений.

 

       Анализ и оценка воздействия объектов энергетики на окружающую среду

Наряду с истощением запасов полезных ископаемых невозобновляемая энергетика имеет отрицательные экологические последствия. Рассмотрим особенности поступления вредных веществ при сгорании различных видов топлива.

          Уголь. При сгорании каменного угля выделяется в 5- 10 раз больше оксидов NO_х, чем при сжигании других видов топлива, например, в 6 раз больше, чем при использовании бурого угля. Однако, оксида серы (IV) выбрасывается меньше, чем при сжигании мазута. Сернистость низкокачественных  бурых углей больше, чем мазута.

          Выброс твердых частиц при сжигании бурых углей почти в 2 раза превышает таковой при использовании каменных углей, которые в свою очередь, в три раза превышают этот показатель для мазута.          Радиоактивность золы приводит к рассеиванию радиоактивных элементов через дымовые трубы и к разносу радиоактивной пыли с золоотвалов. При этом наибольшая радиоактивность имеет место у углей Кузбасса, Донбасса и Экибастуза. При сжигании таких углей на ТЭС в выбросах возрастает содержание радия – 226 и свинца – 210, причем, последний накапливается в золе. После сжигания угля концентрация свинца - 210 в золе увеличивается в 5 – 10 раз, а радия - 226 – в 3 – 6 раз.

          Нефть (мазут). При сжигании нефти образуется достаточно больше количество оксидов серы. Особенно высокую сернистость имеют мазуты, вырабатываемые из нефти Волга – Уральского региона. Выход оксидов азота при сжигании мазута больше, чем у газа, но меньше, чем у угля. Твердых частиц  при сгорании нефти (мазута) образуется существенно меньше, чем при использовании угля. Однако при сжигании мазута выделяются оксиды различных элементов: V₂O₅, NiO, MоO₂, AI₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, MgO, некоторые из которых относятся к I и II классам опасности.

          Относительно высок выход бенз(а)пирена - чрезвычайно  опасного канцерогенного вещества. При использовании жидкого топлива практически отпадает проблема золоотвалов, которые на угольных ТЭС занимают значительные территории и являются источником загрязнений атмосферы.           

          Природный газ. Доля его потребления в общем объеме энергоресурсов составляет 48% в  среднем по стране, а в европейский части - 80%. 

          Природный газ – наиболее экологически чистое из традиционных видов топлива: при  его сжигании вообще не выбрасывается твердых веществ, выбросы оксидов серы ничтожны (только газ Астраханского и Оренбургского месторождений обладает высокой сернистостью). Оксидов азота при использовании природного газа выбрасывается в 10 раз меньше, чем при сжигании угля и в 1,3 раза – мазута. Именно по этой причине, начиная с 80-х годов в экологически неблагополучных местах, наметилась тенденция перевода угля на природный газ.

          По выбросу токсичных металлов (мышьяк, уран, кобальт, кадмий) теплоэнергетика далеко опередила их мировое производство.

Источники негативного влияния энергетики на природу можно классифицировать:

по характеру воздействия:

- ухудшающее качество воздуха (выбросы оксидов азота и серы, монооксида углерода СО, летучих углеводородов, пыли, сажи и ряда других загрязняющих веществ);

- изменяющие радиационно-тепловой баланс атмосферы (эмиссия парниковых газов СО₂, СН₄, N₂O), а также выбросы, приводящие к образованию озона и сульфатного аэрозоля в тропосфере (выбросы NO_х и  SO_х);

-   нарушающие естественный тепловой режим (сброс теплоты);

-   разрушающие стратосферный озоновый слой планеты (эмиссия N₂O);

-   радиоактивное загрязнение продуктами топливного цикла и выведенным из эксплуатации оборудованием АЭС;

-   шумовое и электромагнитное излучение;

-   загрязнение водных объектов сточными водами;

по территориальному масштабу:

-   локальные (ухудшение окружающей среды в непосредственной близости (до 100км) от источника загрязнения или сброса теплоты);

- региональные (трансграничный (на несколько тысяч километров) перенос загрязняющих веществ);

-   глобальные (изменение климата, разрушение озонового слоя).

 

          1.4  Экологическая обстановка в Республике Казахстан

          В атмосферу над Казахстаном выделяется значительное количество высокотоксичных газообразных и твердых веществ. В среднем по республике в расчете на одного жителя в год в атмосферу промышленными стационарными источниками выбрасывается 154 кг различных химических веществ. Наибольшее количество выбросов токсичных веществ происходит в Восточном Казахстане – 2231,4 тыс. т/год, что составляет 43 процента от общего количества выбросов по всему Казахстану. На втором месте по количеству выбросов стоит Центральный Казахстан – 1868 тыс. т/год или 36 процентов. Меньше всего загрязняется атмосфера в Северном Казахстане- 363,2 тыс. т/год (7 процентов) и Южном Казахстане – 415,1 тыс. т/год (8 процентов).

          Если сопоставить количество выбросов от различных стационарных источников, то примерно 50% приходится на теплоэнергоисточники, а 33% -на предприятия горной и цветной металлургии.

          Неблагоприятная обстановка на территории республики в результате загрязнения оксидами азота отмечается практически по всему Казахстану, диоксидом серы – на юге, монооксидом углерода – на юге и востоке республики.

          Существенное влияние энергосектор республики оказывает на выбросы парниковых газов (ПГ). На диоксид углерода приходится 78% от общего количества выбросов ПГ. Выбросы метана составляют 16%, а эмиссия оксида азота (I) – 6% от общего количества выбросов ПГ. Анализ, основанный на сценариях макроэкономического развития, показал, что если не будут введены ограничения на выбросы ПГ в Казахстане, эмиссии СО₂ к 2020 году превысят уровень 1990 года (270 млн. т СО₂) на 37%.

          Происходящее глобальное изменение климата, вызванное ростом концентрации ПГ в атмосфере, может оказать существенное негативное воздействие на экономику и природные ресурсы Казахстана. Климатический режим в республике характеризуется нарастанием повторяемости и интенсивности экстремальных погодных явлений, а среднегодовая температура за последние сто лет повысилась на 1,3⁰С, что превышает показатели мирового роста более чем в два раза. Изменение климата может привести к усилению процессов опустынивания и деградации земель, снизить продуктивность сельского хозяйства, увеличить дефицит водных ресурсов.

          Значительный вклад в  загрязнение воздушного бассейна и других компонентов окружающей среды вносит автотранспорт республики. Его выбросы, особенно в городах, составляют от 25 до 50 процентов. По загрязненности атмосферы выхлопными газами автомобилей на первом месте стоит Алматы – 75%, затем Актюбинск – 47,1%, Семипалатинск – 46,6%, Усть-Каменогорск – 41,4%. Меньше всего выхлопных газов содержится в атмосфере Жезказгана – 14,8%, Петропавловска- 26,3% и Лениногорска – 27,6%.

          Другим весьма важным, абсолютно незаменимым для жизни естественным компонентом окружающей среды, природы и биосферы является вода. Среднегодовой сток рек в Республике Казахстан сравнительно невелик и составляет всего 101,9 км в год. Располагаемые к использованию в народном хозяйстве ресурсы поверхностных вод оцениваются в объеме всего 46 км. Уровень загрязнения поверхностных вод суши в зонах влияния крупных промышленных городов превышает норму более чем в 40 раз. По данным Казахстанской Республиканской СЭС удельный вес  химически загрязненных открытых водоемов вырос и составил 11,1% (в Карагандинской области этот показатель составил 29,2, Кызылординской области – 18,9, Актюбинской -17,6, Астане – 16,0 % соответственно). Сброс сточных вод по Казахстану составил  4,0 млрд. м³ (в т.ч. в Карагандинской области – 1036, Павлодарской- 921,1, Мангыстауской – 667 млн. м³, соответственно).

     

          2 Лекция №2.  Законодательная база экологической политики                                             Республики Казахстан

 

          Содержание лекции: правовая охрана окружающей среды; основные законодательные акты в области охраны окружающей среды; организация и управление природопользованием; ответственность за нарушение природоохранного законодательства.   

          Цель лекции: изучить основные положения Программы устойчивого развития РК, закона РК об охране окружающей среды; стратегические цели и задачи Концепции экологической безопасности РК; дать знания по организации и управлению природопользованием.

 

2.I   Правовая охрана окружающей среды

Предметом экологического права является совокупность правовых норм, регулирующих общественное отношение в сфере взаимодействия общества и природы.

Источниками экологического права Республики Казахстан могут быть нормативно-правовые акты, которые содержат эколого-правовые нормы и требования или носят чисто экологическую природоохранную направленность и характер.

          2.1.1 Одним из источников экологического права в первую очередь является  Конституция Республики Казахстан от 30 августа 1995 года

          В ст. 6 закреплено: «Земля и ее недра, воды, растительный и животный мир, другие природные ресурсы находятся в государственной собственности на основаниях, условиях и в пределах, установленных законом».

          В развитие ст.1 о том, что «Республика Казахстан утверждает себя демократическим, правовым и социальным государством, высшими ценностями которого являются человек, его жизнь, права и свободы», Конституция закрепляет цель государства на «охрану окружающей среды, благоприятной для жизни и здоровья человека» (ст.31). На реализацию данной нормы, а также обязанности государства информировать население об экологических опасностях направлен п.2 ст.31 «Сокрытие должностными лицами фактов и обстоятельств, угрожающих жизни и здоровью людей, влечет ответственность в соответствии с законом».

          Определяя эколого-правовой статус человека и гражданина, наряду с правами, Конституция РК устанавливает и обязанности в области охраны окружающей: «Граждане РК обязаны сохранять природу и бережно относиться в природным богатствам» (ст.38).

          2.1.2  Программа устойчивого развития Республики Казахстан

          Демонстрацией комплексного подхода к решению проблем охраны окружающей среды должна стать Концепция устойчивого развития и Казахстанская Повестка XXI.

Идея устойчивого развития была сформулирована в виде концепции в 1987г. в докладе «Наше общее будущее», подготовленном Международной комиссией по окружающей среде и развитию. Устойчивое развитие было определено как «развитие, отвечающее потребностям настоящего, но не лишающего будущие поколения возможности удовлетворять их потребности».

Конференция на высшем уровне по проблемам планеты Земля в Рио-де-Жанейро в 1992г. пополнила эту концепцию более конкретным содержанием: были сформулированы приоритеты направления действий, обозначены необходимые ориентиры и даже разработан план действий по достижению устойчивого развития, который получил название «Повестка дня на ХХI век».

Основные критерии, на которые должно быть ориентировано устойчивое развитие:

-  в области экономики:  должен быть не непрерывный количественный рост, а достижение устойчивости экономических систем, ее соответствие долговременным задачам общества и государства, необходим переход от количественного роста к развитию;

- повышение качества жизни людей: стабильное благосостояние человека, семьи, кроме того, это очень широкий спектр нематериальных благ, таких, как гарантии личной безопасности, возможности получения качественного образования, качественное медицинское обслуживание, возможности культурного развития, доступ к информации, комфортную окружающую среду;

-   снижение антропогенных нагрузок на окружающую среду.

 «Повестка на ХХI век» для Казахстана – это, с одной стороны, мероприятия по координации уже действующих программ и проектов, с другой стороны, перечень определенных крупных проектов и программ - как грантовых, так и инвестиционных и самоокупаемых.

В целях обеспечения устойчивого экономического, социального развития и охраны окружающей среды на национальном и региональном уровнях, углубления рыночных реформ, а также с учетом переходного периода приоритетное значение приобретает применение экономических механизмов для эффективного неистощительного использования природных ресурсов.

          Экономический механизм – платежи и налоги; системы продаваемых лицензий, разрешений и квот, залогово-возвратные системы, штрафы и платежи за невыполнение нормативов-правовых требований, выплаты компенсаций за нанесенный экологический ущерб, экологическое страхование

2.1.3   Концепция экологической безопасности РК

Важным документом, имеющим основополагающее значение в области охраны и использования природной среды, является Концепция экологической безопасности РК, утвержденная Распоряжением Президента Республики Казахстан  № 1241 от 3 декабря 2003 года.

Данным документом определяются основные принципы и приоритеты для внешней и внутренней политики, правовые и экономические механизмы, а также важнейшие направления деятельности, необходимые для обеспечения и сохранения благоприятной окружающей среды и устойчивого экономического и человеческого развития, предупреждения стихийных бедствий и промышленных аварий в Казахстане.    

          Главным объектом этой концепции должна стать экологическая безопасность человека, т.е. состояние защищенности жизненно важных экологических интересов человека и, прежде всего, прав на чистую, здоровую, благоприятную для жизни окружающую природную среду.

2.1.4 Закон РК «Об охране окружающей среды»

Роль базового закона в области охраны окружающей среды выполняет Закон «Об охране окружающей среды» от 15 июля 1998 года, который определяет основные понятия, права общественности (граждан и общественных организаций), полномочия государственных органов, органов местного самоуправления в данной сфере. Законом устанавливаются общие положения, касающиеся природопользования, лицензирования деятельности по использованию природных ресурсов и охране окружающей среды, экологического мониторинга, экологических платежей и страхования, экологического нормирования, стандартизации и сертификации в области охраны окружающей среды, экологической экспертизы,  государственного природного заповедного фонда и особо охраняемых территорий (ООПТ), экологического аудита и контроля, ответственности за нарушение законодательства об охране окружающей среды.          

 

          2.2  Организация и управление природопользованием    

Природопользование понимают как совокупность всех форм воздействия человечества на природу, включая ее охрану, освоение и преобразование.

Первая форма – рациональное природопользование. Оно представляет сознательно регулируемую, целенаправленную деятельность, проводимую с учетом законов природы, обеспечивающую потребность общества в природных ресурсах, экологически благоприятной природной среде для здоровья и жизни человека, сохранение природных богатств в интересах настоящего и будущих поколений людей, равновесие между экономическим развитием и устойчивостью природной среды.

Вторая форма – нерациональное природопользование. Оно представляет деятельность, нарушающую законы природы. В результате ее ухудшается качество природной среды, происходит ее деградация, истощение природных ресурсов, подрывается естественная основа жизнедеятельности людей.

2.2.1 Право природопользования представляет собой совокупность установленных законодательством норм и правил, обусловливающих деятельность физических и юридических лиц по использованию земли, ее недр и других природных объектов для удовлетворения текущих и перспективных экономических, экологических и иных жизненно важных интересов и потребностей граждан, общества и государства.

Роль права природопользования состоит в том, что посредством его реализуются правомочия государства и других собственников на землю и правомочия других субъектов отношений природопользования, касающихся земли и иных природных ресурсов.

          Водопользователи по своему усмотрению осуществляют принадлежащее  им право пользования водным объектом.

          Права и обязанности, входящие в содержание права природопользования, подразделяют на общие, предназначенные для всех или большинства природопользователей, и специальные, предназначенные для отдельных видов использования природных объектов.

2.2.2     Права и обязанности природопользователей

          К общим правам природопользователей можно отнести право на выброс и сброс вредных веществ и на захоронение отходов. Однако осуществление данного права допускается на основе разрешения, выдаваемого специально уполномоченными на то государственными органами в области охраны окружающей среды.

Позитивные обязанности предписывают совершать определенные действия. Примерами их являются обязанности рационально использовать природные объекты в соответствии с их целевым назначением применять экологически совместимые технологии осуществлять природоохранные мероприятия своевременно и правильно производить плату за пользование природными объектами и загрязнение окружающей природной среды.

          Негативные обязанности состоят в запретах осуществлять определенные действия. Примером их могут быть запрещение ухудшения состояния окружающей природной среды на территории в результате осуществления хозяйственной и иной деятельности, несоблюдение установленного порядка природопользования, нарушения прав и законных интересов третьих лиц.

          Общими обязанностями природопользователей являются:

          а) несовершенные действия, нарушающие законы, права и законные интересы других природопользователей, пользование предоставленными природными объектами в соответствии с установленными законом нормами и правилами – в том числе экологическими;

          б) выполнение заключений, постановлений, представлений и иных законных решений органов государственного  управления, в том числе специально уполномоченных на то органов государственного контроля за соблюдением законодательства в области охраны окружающей среды и использования природных ресурсов;

          в) ведение совместно с государственными природоохранными органами и органами государственной статистики количественного и качественного учета природных ресурсов и вторичного сырья и определение их экологической и экономической оценки.

          Специальные обязанности, предусмотренные законом, можно показать на следующих примерах. Такие природопользователи, как предприятия и организации, обязаны, например, разрабатывать и проводить мероприятия, направленные на предупреждение и ликвидацию загрязнения окружающей среды. Временный землепользователь обязан привести нарушенный им участок земли в состояние, пригодное для использования по целевому назначению.

          2.2.3   Возникновение и прекращение права природопользования

          Основанием возникновения права пользования атмосферным воздухом для выброса в него загрязняющих веществ или осуществления отдельных видов вредного физического воздействия на атмосферный воздух является разрешение специально уполномоченных на то государственных органов.

          Лимиты на природопользование - это система экологических ограничений антропогенных и, прежде всего, техногенных воздействий на природную среду по территориям.

          К общим для всех природопользователей основаниям прекращения права природопользования можно отнести:

-  изъятие предоставленного в пользование природного объекта для    государственных или муниципальных нужд;

-  источник сроков, установленных в разрешительных документах на пользование природным объектом;    

- возникновение предусмотренных в этих документах условий, исключающих дальнейшее осуществление пользования предоставленными природными объектами;

-  систематические (более двух раз или более двух раз в год, либо неоднократные, что конкретно устанавливается в поресурсных законах) нарушения природопользователем правил пользования природными объектами (лесными, водным фондом и т.д.), нанесшие существенный вред лесному фонду либо без такового;

-    возникновение чрезвычайных ситуаций (стихийных бедствий, военных действий и других), если природопользователь в течение установленного в разрешительном документе срока не пользуется или не приступил к пользованию природным объектом в предусмотренных объемах;

-    ликвидация как субъекта хозяйственной деятельности, которому природные объекты были предоставлены в пользование;

-   систематическое (более двух раз или с нарушением сроков и иных условий) не внесение установленных платежей за пользование природными объектами.

Право пользования (потребления) атмосферного воздуха для производственных нужд, например, может быть не только ограничено, приостановлено, но и запрещено органами государственного контроля за охраной атмосферного воздуха, в случае, когда это приводит к изменениям состояния атмосферного воздуха, оказывающим вредное воздействие на здоровье людей, растительный и животный мир.

Основания прекращения права собственности на землю и другие ресурсы природы предусматриваются в природоресурсных законах: Указе «О земле»; Указе «О недрах и недропользовании»; Лесном кодексе, Водном кодексе, законе «Об охране, воспроизводстве и использовании животного мира» и др. 

 

          3 Лекция №3.  Основы экологического нормирования

 

          Содержание лекции: регламентация качества окружающей среды через ПДК, ПДВ, ВСВ, ПДС, ОБУВ; экологическая документация на теплоэнергетических объектах; проекты нормативов ПДВ, ПДС; экологическая экспертиза;  экологический аудит;  сертификация качества окружающей среды.

          Цель лекции:  дать знания по регламентации качества окружающей среды; ознакомить с методикой составления экологической документации на теплоэнергетических предприятиях; научить пользоваться нормативными документами при проведении экологической экспертизы и аудита; сертификации качества окружающей среды.

3.1 Регламентация качества окружающей среды через ПДК, ПДВ, ВСВ, ПДС   

          Целью нормирования выбросов тепловых электрических станций является ограничение неблагоприятного воздействия ТЭС на воздушный бассейн путем разработки предельно допустимых выбросов (ПДВ) – контрольных в г/с и годовых в т/год, обеспечивающих соблюдение санитарно-гигиенических нормативов; установления планов-графиков по достижению уровня ПДВ, временно согласованных выбросов (ВСВ), а также технологических норм выбросов для каждой котельной установки.

          Предельно допустимой концентрацией (ПДК) называется такая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека, которая не оказывает на организм человека прямого или косвенного воздействия, не снижает его работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение.

Для каждого из выбрасываемых в атмосферу вредных веществ должно соблюдаться условие

                                                                                                   (3.1)

где С_i – приземная концентрация вредного вещества, мг/м³.

          Для веществ, для которых установлены только среднесуточные предельно допустимые концентрации (ПДК_с.с), максимально разовые предельно допустимые концентрации (ПДК_м.р) определяются по следующему приближенному соотношению

                                        .                                              (3.2)

При одновременном содержании в атмосферном воздухе нескольких вредных веществ однонаправленного действия их допустимые приземные концентрации (С_i) должны удовлетворять следующему условию:

                             .                                       (3.3)

          Предельно допустимый выброс (ПДВ) – это такой максимальный выброс вредных веществ каждым источником загрязнения атмосферы (г/с или т/год), который в сумме с выбросами остальных источников не приводит к превышению приземных концентраций данного вещества над значением ПДК. Если по каким – либо причинам не удается обеспечить ПДК вредного вещества в приземном слое, то вместо ПДВ устанавливается временно согласованный выброс (ВСВ). Нормы ВСВ могут быть установлены только для действующего предприятия и на каждый год нормируемого периода.                   

          Для минимизации влияния примесей сбросных вод на качество поверхностных природных вод для каждой точки отвода сточных вод установлены нормативы предельно допустимых сбросов вредных веществ (ПДС), исходя из условия не превышения предельно допустимой концентрации вредных веществ в контрольном створе водоема. Временно допустимый сброс (ВДС) устанавливается в том случае, если концентрация токсичных веществ в сточной воде превышает величину ПДК, но утверждающие органы согласовали сброс временно, на определенный период с тем, чтобы не закрывать предприятие.

          Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены Министерством здравоохранения, определены (обычно на 3 года) ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ). Таких веществ в настоящее время насчитывается более 1300 наименований.

 

          3.2 Экологическая документация на теплоэнергетических объектах

         Основой формирования комплексной экологической программы и перевода природоохранной политики на новый уровень является разработка экологических паспортов предприятий, объектов и технологий.

          3.2.1 Экологический паспорт предприятия (ГОСТ 17.0.0.06-2000) – природопользователя представляет собой нормативно-технический документ, включающий данные по использованию предприятием природных ресурсов (природных вод, почв, лесных ресурсов, нефти, каменного угля, торфа, природного газа и т.д.), вторичных ресурсов (электроэнергии, ГСМ, мазута и т.д.) и данные по определению влияния хозяйственной деятельности предприятия на объекты природной среды (ОПС).

          Информация, содержащаяся в экологическом паспорте, предназначена для решения следующих эколого-экономических задач:

-   оценки влияния выбросов (сбросов, твердых отходов) загрязняющих веществ на ОПС и определения платы за природопользование;

- установления предприятию ПДВ, ПДС, и ПДО (предельно-допустимый объем) загрязняющих веществ в ОПС;

- планирования предприятием природоохранных мероприятий и оценки их эффективности;

- повышения эффективности использования природных (водных, земельных) и материальных ресурсов, энергии и энергоресурсов;

- экологической экспертизы проектируемых, существующих и реконструируемых предприятий;

-   контроля за соблюдением предприятием законодательства в области охраны ОПС;

-   составления специальных форм государственной отчетности.

          3.2.2   Содержание проекта нормативов ПДВ

          Проект нормативов ПДВ является базовым документом для технического задания на осуществление мероприятий по уменьшению выбросов и должен содержать план по их снижению. Нормативы ПДВ разрабатываются в соответствии с «Отраслевой инструкцией по нормированию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных» РД 34.02.303-98 и пересматриваются в случае изменения технологии или объемов производства, но не реже одного раза в 5 лет.   

          Исходными данными при разработке нормативов ПДВ ТЭС являются характеристика района расположения ТЭС, топографическая и социологическая характеристики региона, данные по фоновому загрязнению атмосферного воздуха, данные по допустимому вкладу ТЭС в загрязнение атмосферного воздуха и др.

          Разработчик проекта проводит, если это необходимо, инвентаризацию выбросов в соответствии с «Инструкцией по инвентаризации выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловых электростанций и котельных»; расчет максимальных и годовых выбросов в исходный момент и на перспективу.

          В проекте нормативов ПДВ определяется уровень и возможный срок достижения контрольного норматива ПДВ (г/с) по каждому веществу.

          Если ПДВ не может быть достигнут, разрабатывается комплекс мероприятий по снижению выбросов до уровня ПДВ и дается экспертная оценка затратам на их достижение.

3.2.3   Содержание проекта нормативов ПДC

Один из разделов экологического паспорта включает характеристику водопотребления, водоотведения и очистки СВ. В специально разработанных таблицах приводятся количественные показатели водопотребления. К этим таблицам прилагается балансовая схема водопотребления и водоотведения с указанием часовых расходов воды на каждом производстве (участке).

Другая таблица содержит характеристику источника СВ предприятий, сбрасываемых непосредственно в поверхностные водные объекты, оценку воздействия на приемник СВ. Здесь же приведены данные о водоеме – приемнике СВ. Важнейший показатель этого раздела – ПДС по каждому нормируемому веществу.

В таблице, предназначенной для оценки эффективности очистных сооружений, указывается наименование очистных сооружений и метод очистки, пропускная способность, перечень нормируемых веществ и их средняя концентрация на входе и выходе из очистных сооружений.

Нормативы ПДС устанавливаются сроком до 3-х лет и подлежат пересмотру  или уточнению по планам – графикам, согласованным с органами надзора.

         

3.3  Экологическая экспертиза

          Экологическая экспертиза – оценка уровня возможных негативных воздействий намечаемой хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду, природные ресурсы и здоровье людей (то есть оценка хозяйственных и иных проектов на предмет их соответствия требованиям экологической безопасности и системе рационального природопользования).

          Объектами экологической экспертизы являются

1.  проекты и технико-экономические обоснования (ТЭО), строительство и эксплуатация хозяйственных сооружений, действующие предприятия;

2. нормативно-техническая документация на создание новой техники, технологий, материалов, на работающее оборудование;

3.  проекты нормативных и административных актов и действующее законодательство.

          Субъектами экологической экспертизы являются

1.  законодательные и исполнительные органы государственной власти, суды различных уровней, т.е. государство (Государственная экологическая экспертиза - ГЭЭ);

2. специализированные правительственные организации, т.е. комитеты, комиссии, министерства (ведомственная экологическая экспертиза), ее выводы имеют силу внутри соответствующей ведомственной структуры и при условии, что они не противоречат выводам ГЭЭ;

3.  специализированные неправительственные организации, т.е. частные, общественные (внутренняя экологическая экспертиза).

Цели государственной и общественной экологической экспертизы одинаковые, задачи – разные.

Общественная экспертиза призвана привлечь внимание государственных органов к конкретному объекту, широко распространять информацию о его потенциальной опасности и т.д. Законом запрещается препятствовать проведению общественной экологической экспертизы.

Государственная экологическая экспертиза проводится экспертной комиссией в составе: руководитель, ответственный секретарь и эксперты. В результате экспертизы составляется заключение государственной экологической экспертизы.

Экспертная оценочно-аналитическая работа включает два типа экологической экспертизы, различающихся по объекту анализа: проектную и послепроектную.

Проектная экспертиза – это экспертиза проекта сооружения, нормативно-технических документов на новую технику, технологию, материалы, а также проектов административных актов и законов.

Послепроектная экспертиза – это экспертиза действующего оборудования, предприятия и сооружения, а также применяемого законодательства.

Главной задачей проектной экспертизы является оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) проектируемых предприятий и сооружений и определение степени риска для здоровья людей и качества окружающей среды.

          Главной задачей послепроектной экспертизы является ОВОС действующих предприятий и сооружений и определение степени риска для здоровья людей и качества окружающей среды (оценка последствий функционирования объекта), т.е. осуществляется проверка соответствия параметров и характеристик работы объектов требованиям природоохранного законодательства, стандартам качества окружающей среды и заключению проектной экологической экспертизы.

 

3.4   Экологический аудит      

Экологическое аудирование - независимая, комплексная, документированная оценка соблюдения субъектом хозяйственной или иной деятельности требований, в т.ч. нормативов и нормативных документов в области охраны окружающей среды, требований международных стандартов и подготовки рекомендаций по улучшению такой деятельности.

          Основные принципы экологического аудита:

1. объективность и независимость экологических аудиторов от проверяемого объекта хозяйственной деятельности, собственников и руководителей экологических организаций, третьих лиц;

2.  профессионализм и компетентность экологических аудиторов в вопросах охраны ОС, природопользования и специфики обследуемого объекта хозяйственной деятельности;

3. достоверность и полнота информации, предоставляемой субъектом хозяйственной деятельности;

4.  планирование работ по проведению экологического аудита;

5.  комплексность экологического аудита (охват всех аспектов воздействия на ОС);

6.  конфиденциальность полученной информации;

7.  ответственность экологических аудиторов за результаты проводимых исследований.

Задачи экологического аудита:

1.  обоснование экологической стратегии и политики предприятия;

2. определение приоритетов при планировании природоохранной деятельности предприятия, выявление дополнительных возможностей ее осуществления;

3.  проверка соблюдения субъектом хозяйственной деятельности природоохранного законодательства;

4. повышение эффективности регулирования воздействия субъекта хозяйственной деятельности на ОС;

5.  снижение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с загрязнением ОС.

Обязательный аудит проводится в случаях, устанавливаемых нормативными правовыми актами.

Инициативный аудит проводится по решению самого субъекта хозяйственной деятельности. Его главной задачей является поиск возможностей избежать негативных последствий загрязнения ОС, которые могут обернуться для предприятия – загрязнителя не только потерей прибыли, но и потерей имиджа на международном рынке.

 

3.5   Сертификация качества окружающей среды

Экологическая сертификация является управленческой мерой по обеспечению качества товаров, работ, услуг экологического характера.

Цели проведения сертификации:

-   создание условий для деятельности организаций и предпринимателей на едином товарном рынке;

-   участие в международном экономическом и научно-техническом сотрудничестве и международной торговле;

-   содействие потребителям в компетентном выборе продукции;

-   защита потребителя от недобросовестности изготовителя;

-  контроль безопасности продукции для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества;

- подтверждение показателей качества продукции, заявленных изготовителем.

Виды и объекты экологической сертификации  условно подразделяются на четыре направления:

а) собственно экологическая сертификация (экологической продукции, безотходных технологических процессов и техники, предназначаемых для охраны окружающей среды, отходов производства и потребления, особо охраняемых природных объектов, а также сертификацию экологических товаров и услуг);

б)  сертификацию природных ресурсов (земельных, водных, ресурсов недр и полезных ископаемых, ресурсов растительного и животного мира);

в)  сертификацию безопасности (экологически безопасных технологий и продукции, в том числе химической – для сельского и других видов хозяйства);

г)  сертификацию средств измерений, применяемых для экологического контроля. 

 

         4  Лекция №4.   Золоулавливание на тепловых электростанциях

 

          Содержание лекции: характеристика вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании топлива; основы теории золоулавливания; обеспыливающие и каплеулавливающие устройства мокрого, комбинированного и конденсационного действия; принцип действия, конструкции и расчет электрофильтра.

          Цель лекции: изучить свойства токсичных веществ, выделяющихся при сжигании топлива; ознакомить с основными положениями теории золоулавливания; дать знания по устройству, принципам работы устройств, расчету электрофильтра.

 

4.1   Характеристики вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу  при сжигании топлива

           Оксид азота NO – бесцветный газ, Т_кип = -151,8⁰С. При высоких температурах устойчив. При нормальных температурах частично переходит в диоксид азота NO₂.

 Диоксид азота NO₂ – пар буро-красного цвета, Т_кип = 20,7⁰С. Ядовитое вещество, сильно действующее на кровь и нервную систему. Раздражает и прижигает дыхательные пути, приводит к отеку легких, уменьшает кислородное снабжение организма, нарушает деятельность центральной нервной системы. Оксиды азота приводят к преждевременному разрушению материалов покрытий, наносят вред растениям.

Сернистый ангидрид SO₂  –  бесцветный газ с острым запахом,

Т_кип = -10⁰С. Растворяясь в воде, образует сернистую кислоту. Обладает восстановительными свойствами. Раздражает дыхательные пути, оказывает общее действие на организм, нарушая обменные и ферментативные процессы. Ускоряет коррозию металлов, разрушает материалы.

          Серный ангидрид SO₃ – бесцветная жидкость, Т_кип = 44,9⁰С. Раздражает дыхательные пути. Во влажном воздухе образует туман серной кислоты. Физическое и биологическое действие аналогично с сернистым ангидридом.

Бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂  –  кристаллическое вещество желтого цвета,

Т_кип = 179⁰С, является одним из наиболее опасных канцерогенных (инициирующих раковое заболевание) веществ.

          Оксид углерода СО – бесцветный газ с очень слабым запахом,

Т_кип= -192⁰С. При попадании в организм ухудшает снабжение тканей кислородом. Действие аналогично NO. В окружающей среде медленно окисляется до диоксида углерода СО₂.

          Аммиак NH₃ – бесцветный газ с резким запахом, Т_кип = -33,5⁰С, раздражает верхние дыхательные пути.

          Оксид ванадия V₂O₅ – красно-желтый порошок, Т_кип = 675⁰С, растворяется в воде (0,8г на 100г воды), ядовитое вещество с разнообразным действием на организм. Вызывает изменения в кровообращении, органах дыхания, нервной системе.

Сероводород H₂S – бесцветный газ с сильным характерным запахом,

Т_кип= - 60,8⁰С, ядовитое вещество, раздражающе действует на дыхательные пути и глаза, нарушает функционирование нервной системы.

Хлористый водород HCI – бесцветный газ с резким запахом,

Т_кип = -85⁰С. В воздухе образует соляной кислоты. Сильно раздражает верхние дыхательные пути.

Сажа (копоть) – твердый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании углеводородов, имеет сложную углеводородную структуру. При медленном разложении выделяет бенз(а)пирен.

Твердые вещества  имеют сложный минералогический состав; являются центрами конденсации во влажном воздухе и образуют туманы; ухудшают прозрачность атмосферы, губительно действуют на растения и минералы.

Радиоактивные вещества  ⁶⁰Со, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹³¹I – бета-активные аэрозоли, изотопы криптона, ксенона, аргона. Наличие этих веществ в воздухе или воде может вызвать непосредственное облучение организма.

          Вещества, загрязняющие водоемы при сбросе сточных вод: мышьяк, ванадий, фториды, ртуть, канцерогенные органические соединения, фенолы, кислоты, гидразин, нитраты, аммиак и другие. Они ухудшают кислородный обмен в водоемах, губительно действуют на водоросли и подводный животный мир.

         

4.2    Характеристики летучей золы

Летучая зола – содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении. Основными характеристиками золы являются плотность, дисперсный состав, электрическое сопротивление, слипаемость.    

Плотность частиц летучей золы ρ_ч для большинства топлив лежит в пределах 1900-2500 кг/м³, составляя в среднем для углей 2300 кг/м³.

Для выбора и расчета золоуловителя большое значение имеет распределение частиц по размерам – дисперсный состав.

Для электрической очистки газов существенное влияние на эффективность работы электрофильтров оказывает величина удельного электрического сопротивления .

I группа характеризуется . Отличаясь высокой электропроводностью, при касании осадительного электрода зола этой группы быстро теряет отрицательный заряд и, получая положительный заряд осадительного электрода, может от него отталкиваться и снова попадать в газовый поток.

          II группа золы имеет электрическое сопротивление в пределах  и наиболее полно улавливается в электрофильтрах.

          III группа золы характеризуется  и является электрическим изолятором, уменьшает напряженность поля в электрическом пространстве.

          Для инерционных золоуловителей существенное значение имеет свойство слипаемости золы уноса. По слипаемости зола делится на четыре группы: не слипающаяся (I), слабо слипающаяся (II), среднеслипающаяся (III) и сильнослипающаяся (IV). Зола с высокой слипаемостью забивает циклоны, мокрые золоуловители и плохо удаляется из бункеров.

         

4.3   Основы теории золоулавливания

Основным показателем работы золоуловителя является степень улавливания                    

                                                                              (4.1)

где  - количество поступающей в золоуловитель в единицу времени золы, кг/с;   - количество выходящей (не уловленной) из золоуловителя в единицу времени золы, кг/с; - концентрация золы в газе на входе в золоуловитель, кг/м³;   - то же на входе, кг/м³.

Для проведения расчетов более удобна другая величина - проскок (унос) золы через золоуловитель, определяемый из соотношения

                                                                                             (4.2)

Между степенью улавливания и проскоком имеет место следующее соотношение      

                                                .                                                       (4.3)

Параметр золоулавливания также можно представить в виде произведения двух безразмерных параметров

                                                                                                       (4.4)

где  - геометрический параметр (параметр формы) золоуловителя;  - кинематический параметр. Степень улавливания золоуловителя оказывается тем выше, чем больше произведение этих параметров.

 

4.4   Обеспыливающие и каплеулавливающие устройства мокрого, комбинированного и конденсационного действия

Аппараты золоулавливания можно разбить на 4 группы: cухие инерционные золоуловители (циклоны Ц, батарейные циклоны, прямоточные батарейные циклоны ПБЦ); мокрые золоуловители (центробежные скрубберы ЦС и мокропрутковые золоуловители МП, золоуловители с трубой Вентури); комбинированные золоуловители, в которых используются различные способы очистки (например, БЦ-ПГД); электрофильтры (вертикальные пластинчатые электрофильтры ДВП и горизонтальные ДГП, ДГПН, ПГЗ, ПГДС, УГ).

4.4.1    Инерционные золоуловители

          В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаждение происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Для повышения степени улавливания применяют циклоны небольшого диаметра (0,23 - 0,5м), объединяемые в батареи (батарейные циклоны). Параметр золоулавливания батарейного циклона рассчитывается по формуле

                                                                                          (4.5)

где - скорость газов, отнесенная к полному поперечному сечению циклона, м/с;  – коэффициент, учитывающий тип циклона.

Из этого выражения следует, что степень улавливания возрастает с ростом скорости газов и уменьшением радиуса циклона.

          Циклоны широко применяются для улавливания частиц размерами около 10 мкм при скорости газового потока от 5 до 20 м/с. По конструкции циклоны подразделяются на циклические, конические и прямоточные. Циклический циклон (см. рисунок 4.1) состоит из двух цилиндров: наружного 1, к которому в верхней части по касательной подсоединен патрубок 2 , а в нижней части – конус и пылесборник (бункер) 5; и внутреннего 3, к которому в верхней части подсоединяется труба, отводящая очищенный воздух.

Сухие инерционные золоуловители применяются, главным образом, для парогенераторов малой и средней мощности. Это объясняется невысокой степенью очистки (). В настоящее время циклоны устанавливаются на котлах паропроизводительностью до 500 т/ч. Причем для повышения эффективности применяются батарейные циклоны, составленные из циклонов малого диаметра, обычно около 250 мм. Степень улавливания батарейных циклонов находится на уровне 82-90% при гидравлическом сопротивлении 500-700 Па.

 

Рисунок 4.1 - Циклон

 

В циклонных золоуловителях степень улавливания золы возрастает для крупных и тяжелых фракций, при увеличении скорости газа и уменьшении диаметра циклона. Этот золоуловитель эффективен для груборазмолотого топлива, для тонких фракций степень улавливания быстро падает. Противопоказанием для применения батарейных циклонов является сильная слипаемость пыли, приводящая к их замазыванию.    

4.4.2    Мокрые золоуловители

Мокрые золоуловители работают по принципу осаждения частиц на поверхности капель (или пленки) жидкости под действием сил энерции или броуновского движения. Конструктивно указанные системы разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного, барботажного и других типов.      

Указанные устройства обладают рядом достоинств: обладают высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных  (менее 1 мкм) частиц; относительно небольшая стоимость и высокая эффективность улавливания взвешенных частиц; возможность очистки газов при относительно высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгорания и взрывов очищенных газов.

Однако существенным недостатком является то, что уловленная пыль представлена в виде шлама, что вызывает необходимость обработки сточных вод, т.е. удорожает процесс.

Для котлов малой мощности применяют центробежные скрубберы в виде вертикальных циклонов со стекающей по стенкам водяной пленкой. Эти золоуловители имеют степень улавливания 80-92%. Более высокую степень улавливания – 92-96%  обеспечивают мокрые золоуловители скрубберы Вентури типа МС-ВТИ, применяемые для котлов производительностью 120-660т/ч.

Выражение для степени проскока в циклонных и мокрых золоуловителях одинаковое

                                                                           (4.6)

где  и  - наружный и внутренний диаметры циклона;

 -  коэффициент динамической вязкости газа в золоуловителях;

-  плотность частицы, кг/м³;

 -  диаметр частицы;

 -   средняя скорость газов в золоуловителе.

 

4.5   Электрофильтры – принцип действия, конструкции и расчет

Электрофильтры получили широкое применение в энергетике (для мощных энергетических установок на твердом топливе). Они могут обеспечивать высокую степень улавливания золы и пыли (η ≥ 99%) при малом гидравлическом сопротивлении без снижения температуры уходящих газов, но электрофильтры имеют ряд недостатков: большие габаритные размеры, повышенную металлоемкость, высокую стоимость, для их обслуживания необходим квалифицированный персонал.

          В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах, образованных осадительными электродами, между которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды. К электродам подводится постоянный ток высокого напряжения (плюс – к осадительным электродам, минус – к коронирующим электродам). При достаточной напряженности электрического поля происходит ионизация дымовых газов, и частички золы получают заряд, обычно отрицательный. Под действием электростатических сил частички осаждаются на осадительном электроде. Далее с помощью ударного механизма происходит встряхивание электродов, и частички, отделившиеся от них под действием силы тяжести, попадают в бункер.

Установки состоят из двух частей: агрегатов питания и собственно электрофильтра (см. рисунок 4.2). Агрегаты питания включают повышающий трансформатор 2 с регулятором напряжения 1 и высоковольтный выпрямитель 3. Собственно электрофильтр состоит из корпуса 7 с входным 13 и выходным 8 патрубком, бункером 11 для сбора уловленной золы, золовыпускным патрубком 12. В корпусе расположены осадительные  9 и коронирующие 10 электроды. Осадительные электроды в виде труб или пластин подключаются к заземлению и положительному полюсу выпрямителя 3. Коронирующие электроды, выполняемые чаще всего в виде проволоки, изолированы от земли с помощью изоляторов 6, и к ним подводится по кабелю 5 выпрямленный электрический ток высокого напряжения (до 50-80 кВ) отрицательной полярности.

Электрофильтры  способны очищать большие объемы газов с частицами размером от 0,01 до 100 мкм при температуре газов до 400-450⁰С. Затраты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м³ газа. Чем выше напряженность электрического поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

 

 

Рисунок 4.2 - Принципиальная схема электрофильтра

 

На эффективность работы электрофильтра большое влияние оказывает неравномерность распределения поля скоростей по сечению электрофильтра, которая характеризуется квадратом среднеквадратического отклонения относительной скорости

                                                                                                    (4.7)

          где  – число точек сечения (обычно 50 - 100), в которых измеряется скорость.           

С увеличением  возрастает степень проскока золы в активной  зоне электрофильтра

                                                                                        (4.8)

где  – проскок при равномерном поле скоростей; .

           – параметр золоулавливания при равномерном поле скоростей

                                                                                      (4.9)

где  – число полей;  – длина одного поля, м; 

 – шаг между электродами, м; – коэффициент вторичного уноса.

Степень улавливания с учетом движения через неактивные зоны

                                                                                                (4.10)

где  – доля потока, проходящего через неактивные зоны;

 – степень улавливания без учета движения помимо активных зон.

Для выбора и расчета электрофильтра задаются: вид топлива, конструкция топки, тип размольного устройства, объемный расход       уходящих газов , температура газов , степень улавливания . Расчет ведут в следующем порядке.

1. В зависимости от числа К_ф (по справочнику) выбирают скорость дымовых газов u (при К_ф < 80 принимают u ≈ 1,5 м/с; при К_ф ≥ 80 u = 1,0-1,2 м/с).

2.  Определяют необходимую площадь активного сечения электрофильтра

                                                                                                   ( 4.11)

где   – число параллельных корпусов электрофильтра на котел.

3.  По справочнику определяют .

4.  Находят скорость дрейфа

                                            .                                          (4.12)

5. Определяют коэффициент вторичного уноса в зависимости от типа электрода  и режима работы встряхивающего устройства

                                                                      (4.13)

где  (здесь  – высота электрода);

 для электрофильтра серии ЭГА и УГ;

 для трехпольного электрофильтра и   для четырехпольного электрофильтра.

           6. По формуле (4.9) определяют параметр золоулавливания при равномерном поле скоростей.

           7. Выражение для степени проскока при равномерном поле имеет вид

                                                         .                                     (4.14)

8. В зависимости от принятой схемы газораспределения находят относительное среднеквадратичное отклонение скорости (табличные данные) и рассчитывают по формуле (4.8) степень проскока в активной зоне с учетом неравномерности распределения поля скоростей.

9. В зависимости от типа перегородок в бункерах электрофильтра по формуле (4.10) определяют степень улавливания с учетом неактивных зон.

Если полученная степень улавливания значительно отличается от заданной, то расчет повторяют, изменяя параметры конструкций электрофильтра и его элементов. 

 

5 Лекция №5.   Снижение выбросов оксидов серы. Газоочистка на атомных электростанциях

 

Содержание лекции: удаление серы на нефтеперерабатывающих заводах; переработка сернистых топлив перед сжиганием на ТЭС; очистка продуктов сгорания от оксидов серы; газоочистка на АЭС.

Цель лекции: изучить пути снижения выбросов оксидов серы; ознакомить с вопросами дезактивации газообразных радиоактивных отходов и очистки вентиляционного воздуха на атомных электростанциях.

 

5.1     Очистка топлива от серы

Вопросы снижения выбросов оксидов серы, особенно на ТЭС, являются весьма актуальными. Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти  по трем направлениям: очистка нефтяного топлива от серы на нефтеперерабатывающих заводах; глубокая переработка жидкого или твердого топлива на ТЭС с получением газообразного топлива и последующей его очисткой от сернистых соединений (энерготехнологическое использование топлива); очистка дымовых газов от оксидов серы.

5.1.1  Удаление серы на нефтеперерабатывающих заводах

При переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70 – 90%) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута.

Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить гидроочисткой (гидрогенизация, или каталитическое гидрирование). При этом происходит взаимодействие водорода с сероорганическими соединениями, и образуется сероводород Н₂S, который затем улавливается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300-450⁰С и давлении до 10 МПа в присутствии катализаторов – оксидов молибдена, кобальта и никеля:

                                                .                                               (5.1)

5.1.2  Переработка сернистых топлив перед сжиганием на ТЭС

Для выделения серы из топлива до сжигания его либо подвергают воздействию высоких температур - пиролиз, либо сочетают высокие температуры с воздействием окислителей - газификация. В образующемся газе сера содержится в виде H₂S, очистка от которого осуществляется легче, чем от SO₂.

          5.1.2.1  Удаление серы из жидкого топлива.

          а)  Процесс газификации осуществляется в условиях высоких температур (900 – 1300⁰С) при ограниченном доступе кислорода и может быть записан для углеводородов в виде следующей итоговой реакции:

                                                         (5.2)

где   .

В результате реакции образуется газ, горючими компонентами которого являются метан и его гомологи, оксид углерода и водород. Из серы топлива при этом образуется сероводород, который является более активным веществом по сравнению с SO₂ и должен быть удален перед поступлением горючего газа в топку котла.

При паровоздушном дутье получается газ с низкой теплотой сгорания – около 4,5 МДж/м³. В теплоту сгорания газа при этом переходит лишь около 70% химической энергии исходного топлива, а 30% содержится в виде физической его теплоты. Применяя парокислородное дутье можно повысить теплоту сгорания до 12 МДж/м³ (см. рисунок 5.1).

 

 

Рисунок 5.1- Схема газификации мазута в кипящем слое

                     на парокислородном дутье

1 – реактор, 2 – циклон, 3 – десорбер, 4 – холодильник, 5 – сепаратор

 

б) При комплексном энерготехнологическом использовании топлива, когда возникает задача получения из топлива химического сырья и чистого энергетического топлива, для термического разложения мазута можно использовать высокотемпературный пиролиз с последующей газификацией твердого продукта (нефтяного кокса).

Пиролиз мазута происходит при его нагревании до температуры 700-1000⁰С без доступа окислителя путем непосредственного контакта распыленного мазута с теплоносителем, находящимся либо в неподвижном, либо в движущемся состоянии.

          В качестве теплоносителя используются твердые вещества в мелкозернистом и пылевидном состоянии: кварцит, нефтяной кокс, а также водяной пар. Размер зерен твердого теплоносителя варьируется в пределах от 3-5мм в случае неподвижного слоя до 100 мкм и менее в случае циркулирующего теплоносителя.

          При высокоскоростном пиролизе мазут нагревается при контакте с теплоносителем за 0,02- 0,40с до температуры 760 - 920⁰С. Образующийся горючий газ очищается от сернистых соединений и других нежелательных примесей и используется в качестве чистого энергетического топлива. Жидкие конденсирующиеся смолопродукты разделяются при охлаждении на легкие и тяжелые фракции. Легкие фракции (бензол и др.) используются в качестве химического сырья, а тяжелые подвергаются повторному пиролизу. Образовавшийся водяной пар с теплотой сгорания 11,7 МДж/м³ после сероочистки используется в качестве чистого энергетического топлива.

          Для пиролиза мазута, сырой нефти и тяжелых нефтяных остатков может также использоваться жидкий теплоноситель - расплавы солей, шлака и др. (см. рисунок 5.2).

 

Рисунок 5.2 - Схема газификации в реакторе с жидким теплоносителем

I. зона газификации     II. Зона подогрева жидкого теплоносителя

 

5.1.2.2  Очистка горючих газов от сероводорода.

          В отличие от продуктов сгорания, где сера содержится в виде оксидов SO₂ и SO₃, при термической переработке топлива сера топлива переходит в газ в основном в виде сероводорода H₂S. Различают мокрый и сухой методы очистки горючих газов от сероводорода.

Мокрые методы очистки

Очистка газа от сероводорода обычно осуществляется абсорбцией.

Абсорбция H₂S моноэтаноламином, происходящая при температуре 30-40⁰С, протекает согласно следующей реакции:

                                      RNH₂ + H₂S   RNH₃HS                                    (5.3)

При температуре 105⁰С реакция протекает в обратном направлении с образованием моноэтаноламина и H₂S, десорбируемого из раствора. Регенерированный раствор направляется обратно в абсорбер. На рисунке 5.3 показана схема очистки газа моноэтаноламином. Извлечение сероводорода и попутно некоторого количества СО₂ из газа происходит в противоточном абсорбере, в котором сорбент насыщается H₂S и CO₂. Отработанный сорбент направляется в отгонную колонну, в которой регенерация раствора производится водяным паром, образующимся в результате кипения раствора в нижней части колонны. Эффективность очистки газа от H₂S при подобном способе достигает 99%.

          Сухие методы очистки

Некоторые перспективы имеют сухие методы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована, например, железная руда. При контакте с сероводородом гидроксид железа переходит в сульфид железа. Образующиеся сульфиды железа затем регенерируются в процессе выжига в присутствии водяного пара с образованием элементарной серы.

5.1.3   Очистка продуктов сгорания от оксидов серы

При сжигании мазута в продукты сгорания переходит в виде оксидов практически вся содержащаяся в нем сера (при сжигании угля – около 95%). Основное количество оксидов серы (около 99%) находится в форме слабореакционного газа SO₂ и менее 1% в форме SO₃.

 

 

Рисунок 5.3 - Схема очистки горючего газа от H₂S

1 – адсорбер;  2 – отгонная колонна (десорбер); 3 - теплообменник;

4 - холодильник; 5 - конденсатор; 6 – паровой подогреватель;

7 - сепаратор; 8 – насос.

      

Системы очистки основаны на абсорбционных, адсорбционных или каталитических процессах. Во всех процессах очистки используются водные растворы или шлаки щелочных веществ. 

          1. В необратимых процессах образуются твердые отходы, которые подвергаются удалению,  поэтому в таких процессах необходим непрерывный приток новых реагентов.

2. В обратимых процессах химическое вещество, обеспечивающее удаление серы, непрерывно регенерирует в замкнутой системе.

Методы сухой очистки основаны на улавливании серы сорбентами, например, активированным углем, оксидами различных металлов (AI, Mn, Fe, Cu, K), которые при контакте с серосодержащими оксидами либо растворяют их, либо вступают в реакцию, образуя устойчивое  или неустойчивое соединение. Для ускорения процесса к сорбентам могут быть добавлены различные активизирующие присадки.

          В настоящее время известно свыше 200 методов мокрой очистки.

Одним из эффективных методов мокрой очистки является сульфитный метод, по которому очищенный от воды и сажи дымовой газ подается в противоточный адсорбер и контактирует с раствором сульфита натрия Na₂SO₃ при температуре 40⁰С. В ходе контакта протекает реакция:

                           Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O   2NaHSO₃                                (5.4)

Раствор сульфит-гидросульфита натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагревании его до 110⁰С происходит разложение гидросульфита NaHSO₃ на сульфит Na₂SO₃ и диоксид серы SO₂. Выпар (смесь диоксида серы с парами воды) охлаждается и подается на компремирование в качестве товарного продукта. Степень очистки дымовых газов от SO₂ составляет 90%.

 

5.2     Газоочистка на атомных электростанциях

5.2.1   Вентиляционные установки АЭС

Структура главного здания атомной электростанции подчинена основному гигиеническому принципу деления помещений по зонам.       

а) Зону строгого режима, где возможно воздействие на персонал радиационного излучения, а также загрязнение воздуха и поверхностей конструкций радиоактивными веществами.

б) Зону свободного режима, в которой полностью исключено воздействие радиационных факторов.

На АЭС существует обширная система вентиляций. Назначение вентиляции помещений зоны свободного режима – поддержание санитарно-гигиенических норм в воздухе производственных помещений по температуре, влажности и запыленности. Специальная вентиляция зоны строгого режима работает по системе приточно-вытяжной, так как при этом должны обеспечиваться необходимые для данного помещения разрежение и организованные потоки воздуха.

Первой задачей этой вентиляции является поддержание в воздухе полуобслуживаемых помещений концентраций всех радиоактивных примесей на уровне менее предельно допустимых. Основными требованиями к специальной вентиляции являются ее высокая эффективность и надежность. Недопустимы перерывы в работе этой системы при работающем технологическом оборудовании.

Второй задачей вентиляционных установок зоны строго режима является обеспечение температур во всех помещениях не выше 50⁰С в полуобслуживаемых помещениях и не выше 70⁰С в необслуживаемых помещениях. Если запроектированная разомкнутая приточно-вытяжная система вентиляции с этой задачей не справляется, то она дополняется специальной системой для отвода теплоты. Система должна быть замкнутой, т.е. с рециркуляцией.          

5.2.2    Дезактивация газообразных радиоактивных отходов

Система технологической спецвентиляции, кроме своего основного назначения, может частично использоваться для удаления радиоактивных технологических сдувок газа. Поэтому в системе АЭС обязательно предусматриваются установки для дезактивации газообразных радиоактивных отходов, в основном, инертных газов и йода.

Для радиоактивных газов применяется или простая выдержка в газгольдерах, или выдержка газов в сочетании с адсорбцией их в наиболее благоприятных условиях. Первый метод проще, но очень громоздок, поэтому применение ограничивается АЭС относительно небольшой мощности в процессе нормальной эксплуатации. Второй метод менее громоздок, но дороже, поэтому его можно рассчитывать только на нормальную эксплуатацию, но не на период перегрузки и аварийной ситуации.

Для мощных атомных электростанций наиболее целесообразно сочетание обоих методов, причем, установка газгольдеров рассчитывается на возможные аварийные ситуации и перегрузки.

5.2.3   Очистка вентиляционного воздуха на АЭС

В воздухе помещений АЭС могут содержаться радиоактивные аэрозоли и газы, в том числе йод, которые выделяются при протечках теплоносителя через неплотности оборудования, а также в результате активации воздуха нейтронами.

В настоящее время фильтрация является основным средством очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей. Для этой цели применяются фильтры, созданные на основе специальных тонковолокнистых материалов.

Наибольшее распространение получили ткани, выполненные на основе материалов ФПП и ФПА. Ткань ФПП представляет собой слой ультратонких (1,5 – 2,5 мкм) волокон перхлорвинила, нанесенный на марлевую подкладку. Ткань гидрофобна, стойка по отношению к кислотам и щелочам, но подвержена воздействию масел и органических растворителей. Ткань можно применять при температурах до 60⁰С.

Ткань ФПА изготавливается из ультратонких (~ 1,5 мкм) волокон ацетилцеллюлозы. Ткань гидрофильна, поэтому фильтры могут применяться при относительной влажности воздуха не более 80%  и при   t ≤ 150⁰С. Ткань стойка по отношению к маслам, но нестойка при воздействии кислот и щелочей. Фильтры с указанными типами тканей имеют степень очистки не ниже 99,9% .

На действующих атомных электростанциях широко распространены рамочные фильтры тонкой очистки типа Д. Каркас фильтра – деревянный, фильтр собран из П-образных рамок. Фильтры применяются для индивидуальной и групповой установок. Особое внимание требуется  уделять герметичности их установки. Сопротивление фильтров складывается из сопротивления ткани и воздушных каналов. При подборе вентиляторов сопротивление фильтра рекомендуется принимать удвоенным вследствие накопления пыли. Пылеемкость фильтра ограничивается обычно 70 - 80 г/м².

Для очистки газов от радиоактивного йода применяются фильтры-адсорберы, в которых в качестве сорбента используется активированный уголь. Применяются фильтры марок ФП-100, ФП-200. Сопротивление фильтров по воздуху составляет 700 Па при удельной нагрузке 100 м³/м²∙ч

Для повышения эффективности и срока службы фильтров тонкой очистки при значительном количестве частиц и паров в воздухе применяются фильтры грубой очистки, устанавливаемые перед ними. Фильтры могут выполняться из более грубых волокон (например, стекловолокна диаметром 30 мкм).

Фильтры тонкой очистки предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (не ниже 99%) мелких частиц газовых потоков при низкой концентрации (1 мг/л) и малой скорости (1,0 м/с) фильтрования. Обычно эти фильтры не подвергаются регенерации. Фильтры грубой очистки применяют для очистки газовых выбросов со средней (1-100 мг/л) и высокой (до 1 г/л) концентрации дисперсной фазы при средней и высокой скоростях фильтрования. Фильтры этого класса могут быть как нерегенерируемыми, так и периодически или непрерывно регенерируемыми.

 

 

6 Лекция №6.   Методы подавления выбросов оксидов азота и        углерода, продуктов неполного сгорания топлива. Рассеивание  выбросов промышленных предприятий в атмосфере

 

          Содержание лекции: снижение выбросов оксидов азота и углерода в атмосферу; борьба с выбросами продуктов неполного сгорания топлива; pассеивание выбросов загрязняющих веществ в атмосфере; методики расчета рассеивания выбросов и выбор дымовых труб. 

Цель лекции: изучить условия образования оксидов азота и способы снижения их концентраций в топочных камерах  парогенераторов ТЭС; ознакомить с методикой расчета рассеивания токсичных выбросов ТЭС в атмосферу и выбора высоты дымовых труб электростанций.

      

6.1    Снижение выбросов оксидов азота в атмосферу                      

6.1.1 Условия образования оксидов азота в парогенераторах ТЭС.

          Оксиды азота образуются за счет окисления содержащегося в топливе азота и азота воздуха, поэтому они обнаруживаются в продуктах сгорания всех топлив – углей, мазутов, природного газа.

          В результате реакций в топочной камере образуется в основном оксид азота NO (более 95%). Образование диоксида азота NO₂ за счет окисления NO требует значительного времени и происходит при низких температурах.

На образование азота в топочной камере влияет важнейший фактор – температурный уровень в ядре горения. Концентрация оксидов азота быстро возрастает с температурой и достигает существенных значений при температуре более 1750⁰С.

Температура зависит от множества определяющих процесс горения факторов – тепловая мощность парогенератора, тепловое напряжение топочного объема при номинальной нагрузке, нагрузка парогенератора, тип топочной камеры и ее экранирование, тип горелочных устройств и их расположение, избыток воздуха в топке и способ его подачи, наличие рециркуляции газов, вид топлива и т.п.

          Максимальная концентрация NO_x, достигающая 0,3 - 0,35г/м³, имеет место в области избытка воздуха (α_т = 1,2 – 1,3) и при наибольших тепловых напряжениях.

          6.1.2 Способы снижения концентраций NO в топочных камерах парогенераторов.

а)  Рециркуляция дымовых газов в топочную камеру.

Рециркуляция газа наряду с уменьшением температуры горения приводит к некоторому снижению концентрации кислорода, уменьшению скорости горения и вследствие этого более эффективному охлаждению этой зоны топочными экранами. При этом большое значение имеет способ ввода газов в топочную камеру: через шляпы под горелками, через кольцевой канал вокруг горелок и подмешивание газов в дутьевой воздух перед горелками (см.рисунок 6.1).

         

 

Рисунок 6.1- Влияние степени рециркуляции газов и способа его подачи на снижение концентрации оксидов азота

1- подача газов через холодную воронку, 2 - то же через подовые      боковые шлицы, 3 – то же через шлицы под горелками, 4 - то же через горелки вторичного воздуха, 5 - подача газов через горелки со всем воздухом.

 

б) Двухстадийное сжигание топлива – наиболее радикальный способ снижения образования оксидов азота. По этому методу в первичную зону горения (см.рис.рисунок 6.2) подается воздуха меньше, чем это теоретически необходимо для сжигания топлива ( 0,8 ÷ 0,95).

Во вторичную зону подается чистый воздух или обедненная топливом смесь для дожигания продуктов неполного сжигания. Теплоотвод в первичной зоне горения снижает температуру газов настолько, что заключительная стадия процесса горения происходит при более низкой температуре.

 

 

Рисунок 6.2 - Схема топки двухстадийного сжигания топлива

1- топочная камера, 2 – горелки, в которые подается все топливо и 85% теоретически необходимого количества воздуха, 3 – шлицы, в которые подается 21% теоретически необходимого топлива.

 

в) Применение специальных горелочных устройств для систем двухстадийного горения или получения растянутого по длине топочной камеры факела позволяет существенно снизить выбросы окислов азота.

          г)  Подача воды и пара в зону горения приводит к некоторому снижению образования оксидов азота и температурного уровня в топке.

д)  Уменьшение избытка воздуха, подаваемого в топку.

          При снижениях до α = 1,03 ÷ 1,07 происходит уменьшение концентрации кислорода и соответствующее уменьшение с_NO. Это мероприятие возможно в ограниченных пределах и, в основном, для природного газа и мазута, так как снижение избытка воздуха на твердом топливе приводит к увеличению механического недожога.

          е) Снижение температуры подогрева воздуха, приводящее к уменьшению температуры в топке, возможно в узких пределах, так как уменьшение температуры воздуха для большинства топлив приводит к ухудшению процесса его сжигания, что является недопустимым.

          ж) Снижение теплового напряжения в топочной камере приводит к уменьшению температурного уровня в топке, но связано с увеличением габаритов и стоимости котла.

          з) Увеличение степени экранирования топочной камеры приводит к снижению температуры в топке. Снижение температуры подогрева воздуха возможно в ограниченных пределах, так как при этом может ухудшаться процесс горения и осложняться процесс глубокого охлаждения уходящих газов, необходимого для повышения к.п.д. котлов.

         

6.2  Борьба с выбросами продуктов неполного сгорания топлива                       

          Вследствие локальных недостатков воздуха или неблагоприятных тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сгорания образуются продукты неполного сгорания, подавляющая доля которых составляет монооксид углерода .

Содержание  в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает 0,001 - 0,025 %  и характеризует потери тепла в котлоагрегате от химической неполноты сгорания. Причем, с уменьшением мощности котлов концентрация  в уходящих газах возрастает.

На концентрацию оксида углерода в продуктах сгорания влияют, кроме мощности котла, вид топлива, аэродинамика топочной камеры, эффективность перемешивания топливовоздушного потока, температура факела и другие факторы.

          Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной активностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строго контроля их эмиссии.

          ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеводородных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) локальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избытком топлива.

          Состав топлива оказывает существенное влияние на природу эмиссии ароматических углеводородов. Установлена корреляция между концентрацией в топливе углеводородов с высоким молекулярным весом и высоким уровнем образования ПАУ.

          Ввиду большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентрации, принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена – бенз(а)пирена .

          Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах современных паровых котлов зависит от вида топлива , режима сжигания и колеблется в широких пределах, достигая 1-10 мкг/100м³ при сжигании природного газа, 2-40 мкг/100м³ при сжигании мазута и 30-140 мкг/100м³ при сжигании углей.

          Вместе с твердыми частицами возможно его удаление из дымовых газов в системах золоулавливания. При этом степень улавливания бенз(а)пирена в электрофильтрах и комбинированных золоуловителях достигает 60 - 80 %, в мокрых золоуловителях – 60 – 70 %. Следует отметить, что бенз(а)пирен хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, толуоле и ряде других растворителей и может быть уловлен фильтрами из ткани ФПП-15, разработанными академиком И.В.Петряновым-Соколовым.

                  

6.4  Рассеивание выбросов загрязняющих веществ в атмосфере

          Среди процессов, происходящих в атмосферном воздухе при поступлении в него вредных выбросов от промышленных предприятий, следует выделить рассеивание этих примесей в атмосферном воздухе, в результате чего происходит снижение их концентрации. Причем, с увеличением расстояния от точки выброса эти концентрации снижаются до безопасных уровней.

          6.4.1 Методика расчета рассеивания выбросов в атмосфере.

          Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ промышленными предприятиями в атмосферу регламентируются  ГОСТ 17.2.3.02-78 и ОНД-90.

          Основой нормативного метода является  максимальное значение приземной концентрации С_м. Например, для горячих точечных источников ()

                                                                                                      (6.1)

          где - высота трубы, ; - расход выбрасываемого в атмосферу вещества (мощность выбросов), ; - разность температур выбрасываемых газов и атмосферного воздуха; - полный объем выбрасываемых (дымовых) газов на срезе трубы, ; - коэффициент, учитывающий рассеивающие свойства атмосферы;  - коэффициенты, определение которых дано ниже.

          Для источников, температура выброса которых мало отличается от температуры воздуха (), используется уравнение

                                                                                                    (6.2)

          Для горячих источников расстояние  от источника выбросов до точки, где приземная концентрация  достигает максимального значения , определяется по формуле

                                                 .                                                       (6.3)

          Мощность горячих () выбросов, соответствующая заданному значению максимальной концентрации , определяется по формуле                                                  

                                                                                                   (6.4)

          Мощность холодных выбросов при  или _,находится из выражения

                                                   .                                                   (6.5)

          Высота источника , соответствующая значению  в случае  определяется по формуле

                                                  .                                                   (6.6)

          Регламентация выбросов в атмосферу  осуществляется путем установления ПДВ вредных веществ в атмосферу. При этом обязательно учитываются фоновые концентрации  и эффект суммирования.

          Для нагретых выбросов

                                         ,                                         (6.7)

          для холодных выбросов

                                        .                                           (6.8)

 

                  6.4.2  Выбор высоты дымовых труб электростанций.

          Назначение дымовой трубы – рассеивание содержащихся в дымовых газах вредных веществ так, чтобы их концентрация в приземном слое не превышала предельно допустимых концентраций (ПДК).

          Дымовые трубы стандартизированы. Высота труб выбирается с шагом по высоте в 30м из ряда: 120, 150, 180, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 400, 450м. Диаметры устья трубы, м:  6,0;  7,2;  8,4;  9,6;  10,8;  12,0;  13,8.

          Значение высоты дымовой трубы  рассчитывается по формуле

                                                                                   (6.9)

          где  – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы.

          Значение коэффициента , соответствующее неблагоприятным метереологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:

          •    200 – для Европейской территории СНГ, для районов России южнее 50 с.ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии, для Азиатской территории СНГ, для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;

          – мощность выброса вредных веществ, г/с

                                              ;                                              (6.10)

           – расход газовоздушной смеси на трубу, м³/с;

          - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе:

•  для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п, скорость оседания которых практически равна нулю);

•    для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90%;

•     при степени очистки от 75 до 90%;

•     при отсутствии очистки.

 -  диаметр устья трубы, м.

                                                                                                (6.11)

где  – скорость выхода дымовых газов из трубы, .

Высота трубы, : 120, 150, 180, 240, 330 – 420.

Скорость газов, : 15 – 25, 25 – 30, 25 – 35, 30 – 40, 35 - 45.

 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности ;

– фоновая концентрация вредных веществ, характеризующая загрязнение атмосферы, создаваемое другими источниками.

Значения коэффициентов  и  рассчитываются в зависимости от параметров ,                               

,                                               (6.12)

                                         .                                            (6.13)

Значение  определяется по формулам

                           при < 100,                       (6.14)

                                      при  ≥ 100.                      (6.15)

Коэффициент  определяется:

                                                                при   > 2,                        (6.16)

         при 0,5 ≤ < 2,                 (6.17)

                                                         при < 0,5.                       (6.18)

 

          7 Лекция №7.   Загрязнение водных бассейнов производственными сточными водами

 

          Содержание лекции: процессы, протекающие в водоемах и условия сброса сточных вод; классификация сточных вод; методы утилизации сточных вод; классификация методов очистки сточных вод; очистка сточных вод теплоэлектростанций; сточные воды атомных электростанций и их очистка.

          Цель лекции: ознакомить с условиями сброса сточных вод; изучить классификацию сточных вод и методы их утилизации; дать знания по основным методам очистки сточных вод  теплоэлектростанций и атомных электростанций.            

 

          7.1  Процессы, протекающие в водоемах, и условия сброса сточных вод    

          Водоемы являются не только сборниками воды, в которых вода усредняется по качеству, но в них непрерывно протекают процессы изменения состава примесей – приближение к равновесию, которое может быть нарушено в результате многих причин, но особенно в результате сброса сточных вод.

          Отклонение от равновесия интенсифицируют процессы, приводящие водоем в оптимальное для него состояние, которые называются процессами самоочищения водоема. Важнейшие из этих процессов следующие:

-   осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;

-   окисление (минерализация) органических примесей;

-   окисление минеральных примесей кислородом;

-   нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости

воды водоема (щелочности), приводящая к изменению значения рН;

-  гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию их малорастворимых гидроксидов и выделению их из воды;

- установление углекислотного равновесия (стабилизация) в воде, сопровождающееся или выделением твердой фазы (СаСО₃), или переходом части ее в воду.

          В настоящее время охрана водоемов производится в соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Соответственно этим правилам устанавливаются и нормативные требования к составу и свойствам воды в водоемах согласно каждой категории и приводятся предельно допустимые концентрации веществ. В связи с этим при установлении ПДК вредных примесей в водоемах ориентируются на минимальную (подпороговую, ППК) концентрацию вещества по одному из следующих показателей:

          ППК_ор.л - определяемую по изменению органолептических характеристик (цвет, привкус, запах);

          ППК_с.р.в – определяемую по влиянию на санитарный режим водоема (БПК, растворенный О₂, рН воды);

          ППК_т – определяемую по санитарно-токсикологическому влиянию этого вещества.

          Значение нормативного ПДК каждого вещества в водоеме устанавливается по наименьшему значению одной из подпороговых концентрацией.

Предельно допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества в воде водоема называется его концентрация, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких–либо патологических изменений и заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследований, а также не нарушает биологического оптимума в водоеме. В настоящее время запрещен спуск в водоемы (применение) новых веществ, ПДК которых еще не определены.

         

7.2  Классификация сточных вод

          С точки зрения любого промышленного предприятия (в том числе и ТЭС) сточной водой может быть названа вода, использованная в технологических процессах и не отвечающая больше требованиям, предъявляемым этими процессами к ее качеству. Такая вода должна подвергаться очистке с выделением из нее вредных примесей и использоваться на предприятии или сбрасываться в водоем.

          Выделенные из воды при очистке вещества в зависимости от их народнохозяйственной ценности подразделяются на:

          -    отходы – вещества, представляющие определенную ценность (например, ванадий, никель и др.);

          -   отбросы – малоценные для народного хозяйства вещества (например, песок и др.).

         Л.А.Кульским предложена классификация с точки зрения физико-химического состава примесей. По этой классификации сточные воды делятся на две большие группы – гомогенные и гетерогенные системы, которые соответственно подразделяются на:

- сточные воды, содержащие нерастворимые в воде примеси с величиной частиц 10² – 10³нм и более;

-    сточные воды, представляющие собой коллоидные системы;

-    сточные воды, содержащие растворенные газы и молекулярно-растворимые органические вещества;

-    сточные воды, содержащие истинно-растворимые вещества.        

          

7.3   Методы очистки сточных вод

          Суммарные затраты на очистку сточных вод современных предприятий в среднем составляет от 15 до 40% их общей стоимости. Методы очистки сточных вод можно разделить на три группы: механические, физико-химические и биологические.

7.3.1  Механическая очистка применяется для отделения твердых и взвешенных частиц. Это способы процеживания, отстаивания, инерционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания.

         Процеживание – первичная стадия очистки сточных вод: вода пропускается через специальные металлические решетки с шагом 5-25 мм, установленные наклонно. Периодически очищаются от осадка с помощью поворотных приспособлений.

Отстаивание  проводят в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные.

Инерционное разделение осуществляется в гидроциклонах, принцип действия которых аналогичен циклонам для очистки газов, разделяются на открытые и напорные гидроциклоны. Первые имеют большую производительность и малые потери напора.

Фильтрование осуществляется чаще всего через пористые связанные или несвязанные материалы. Очищают воду от тонко дисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Это кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и другие. Песчаные фильтры – основные очистители при водоподготовке.

Нефтеловушки – отстойники, в которых выход очищенной воды происходит снизу, а нефтяная пленка собирается вверху.

7.3.2 Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей.

Экстракция – процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (бензолом удаляется фенол).

Флотация – процесс всплывания примесей при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду.

Нейтрализация – обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком.

Окисление используется для обеззараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей: хлорирование, озонирование, УФ обработка воды.

Сорбция – эффективная очистка воды от солей тяжелых металлов, непредельных углеводородов, красящих веществ и т.п. Материалами являются активированный уголь, цеолит и другие.

Коагуляция – обработка воды специальными реагентами для отделения тяжелых металлов, цианов и других веществ.

Ионнообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Для очистки сточных вод используют как катионирование, так и анионирование. При катионировании вредные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Ионирование сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ионитной обработки достаточно высока.

7.3.3 Биологическая очистка возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях,  при которой органические примеси обрабатываются редуцентами (бактерии, простейшие, водоросли и т.п.) и превращаются в минеральные вещества.        

 

7.4   Сточные воды ТЭС и методы их очистки

          Тепловые электростанции являются источниками различных видов сточных вод. Наиболее значительный ущерб водоемам создается при сбросе следующих шести видов сточных вод.  

          7.4.1  Вода, охлаждающая конденсаторы

          Сточные воды прямоточных систем охлаждения только нагревающие, но не загрязняющие воду природных источников, не требуют очистки.

          В настоящее время нет четких и единых технических и экологических решений полезного использования теплоты сбросов, на большинстве электростанций создаются оборотные системы охлаждения конденсаторов турбин.

          7.4.2  Вода гидравлического удаления золы и шлака

          Выделяющаяся твердая фаза может забивать орошающие устройства мокрых золоуловителей, и для их орошения необходимо вводить в цикл ГЗУ свежую воду, а некоторое количество рециркулирующей воды сбрасывать из системы. Сброс необходим, но без очистки недопустим, так как, кроме карбонатов и сульфатов, ГЗУ загрязнены фторидами, ванадием, иногда ртутью и мышьяком.

          7.4.3   Сточные воды химических цехов

          Сточные воды химических цехов загрязнены NaCI, серной кислотой, щелочью, аммиаком, фосфатами и т.д. Сброс вод, даже после их нейтрализации, разрешается в естественные водоемы лишь в исключительных случаях. Для их очистки необходимы сложные методы переработки стоков (электродиализ и обратный осмос), выпарка концентрированных стоков с получением сухих химических продуктов. При высоких солесодержаниях исходной воды необходимо заменить химические методы обработки термическими.

          7.4.4    Сточные воды, загрязненные нефтепродуктами

          Воды этого типа возникают вследствие загрязнения из-за дефектов применяемого оборудования, неплотностей нефтехранилищ, потерь при сливании из цистерн и т.д.

          Очистка осуществляется сложными и дорогостоящими методами, которые не обеспечивают концентрации ниже 0,5 – 1,0 мг/л (добавление коагулянтов, флотореагентов).

          7.4.5.    Вода от химических промывок

          Химическая очистка котлов и другого оборудования ТЭС производится с помощью растворов кислот (соляной, лимонной, смеси  жирных кислот, фталевой и т.д.), содержащих различные ингибиторы и ПАВ. Также содержат продукты отмывки, т.е. соли Fe, Cu, Zn, Ca, Mg и т.д. После химической отмывки производится пассивация очищенного металла растворами гидразина, аммиака, нитрита натрия.

          Очистка вод сводится к разрушению основных компонентов окислением хлором или хлорной известью, осаждению металлов в воде гидроксидов,  удалению образовавшегося  шлама. Заканчивается обезвреживание стоков биохимическим разрушением остаточных органических соединений.

          7.4.6    Обмывочные воды

          При сжигании на электростанциях сернистых мазутов на хвостовых поверхностях нагрева котла, а также на стенках газохода оседают зольные элементы разнообразного состава. Основная доля – содержание V, Cu, Ni  и других более тяжелых металлов. При обмыве поверхностей, кроме этих соединений, в воде оказывается также H₂SO₄ c концентрацией около 0,5%. Наиболее ценный из металлов – ванадий. Извлечение его можно производить следующим образом: очищенная от грубой взвеси обмывочная вода подвергается частичному окислению для перевода  ~ 10% содержащегося в ней Fe²⁺ в Fe³⁺. Fe(ОН)₃ далее соосаждает практически весь ванадий в виде VO(OH)₂  и V(OH)₃.

         

7.5  Сточные воды АЭС и методы их очистки

          Радиоактивные стоки АЭС представляют собой воды, загрязненные радиоактивными веществами в количествах, превышающих установленные действующими нормами и правилами.

          По концентрации растворимых солей радиоактивные стоки разделяют на бессолевые (воды контуров АЭС, воды бассейнов выдержки ТВЭЛов, конденсаты и т.д.), малосолевые (протечки контуров, воды обмывок) и высокосолевые (сбросы лабораторий, растворы от регенерации ионообменных фильтров и растворы от дезактивации).

          На предприятиях, где образуется свыше 200 л/сутки радиоактивных стоков с удельной активностью, превышающей в 10 и более раз СДК (среднегодовая допустимая концентрация) для воды, должны быть оборудованы специальная канализация и сооружения для очистки.

          Специальная канализация – система транспортировки радиоактивных стоков по изолированным трубопроводам для сбора в определенной емкости с целью дальнейшей очистки или вывоза на захоронение.

          Большинство стоков АЭС имеет средний и низкий уровни радиоактивности. Емкости изготавливают из нержавеющей стали или железобетона с нержавеющей облицовкой.

          Для очистки этих вод используют методы осаждения, соосаждение радиоизотопов при коагуляции стабильных соединений различных веществ. Метод очистки воды ионным обменом обладает следующими недостатками:

1. жестким требованием к обрабатываемой воде в отношении ограниченного солесодержания, концентрации взвешенных примесей  и значения рН;

2.   сравнительно высокой стоимостью процесса;

3.   деструкцией ионообменных смол под действием радиации;    

4.   сложностью очистки воды с непостоянным составом.

Поэтому ионный обмен используется для доочистки после предварительного осветления. Наряду с органическими ионообменными смолами для очистки воды используются природные неорганические сорбенты (доломит, магнетит), а также сорбенты на основе битума.

          Используют мембранные методы – электродиализ и обратный осмос.

8 Лекция №8.   Мониторинг окружающей среды. Экологический риск  и экономические аспекты природоохранной деятельности

 

Содержание лекции: мониторинг окружающей среды; экологический риск; технико-экономическое обоснование природоохранных мероприятий.

          Цель лекции: изучить виды мониторинга, методы измерений концентраций, методику расчета класса опасности производства; ознакомить с понятием «экологический риск»; дать характеристику экологически опасной ситуации;  провести технико-экономическое обоснование природоохранных мероприятий.

 

          8.1  Мониторинг окружающей среды

          В связи с развитием новых технологических процессов и вводом современных нормативов на выбросы активно разрабатываются и внедряются системы непрерывного контроля - мониторинга вредных выбросов ТЭС в атмосферу.

          Существует два вида мониторинга вредных выбросов:

          - мониторинг, который определяет содержание вредных веществ в атмосфере и контролирует ее текущее состояние;

          - производственный мониторинг, который обеспечивает контроль конкретного источника выбросов.

          Производственный мониторинг применяется для контроля промышленных источников вредных выбросов, таких, как ТЭС, котельные и другие. Задачами этого вида мониторинга являются

          -    определение массовых выбросов конкретного источника;

          - выполнение расчетов загрязнения территории, прилегающей к источнику загрязнения;

          -    проведение контроля предельно допустимых выбросов (ПДВ) и временно согласованных выбросов (ВСВ);

          -  расчет платы за выбросы и разработка мероприятий по внедрению природоохранных мероприятий по снижению вредных выбросов.

          К настоящему времени известно большое количество различных физико-химических методов, позволяющих инструментально определять газовый состав продуктов сгорания.

          Метод газовой хроматографии состоит в разделении адсорбционным способом газовой смеси при пропускании ее совместно с потоком газа – носителя через слой пористого адсорбента и последующим поочередным измерением содержания каждого выделившегося компонента электрическим методом.

Каталитический метод основан на определении теплового потока, возникающего при каталитической реакции исследуемого компонента со вспомогательным веществом.

 

Электрохимические методы подразделяют на кондуктометрический и кулонометрический. Работа кондуктометрических анализаторов заключается  в регистрации изменений электропроводности раствора, возникающих в результате поглощения газовой смеси. Кулонометрический метод заключается в непрерывном автоматическом титровании вещества реагентом, электрохимически генерируемым на одном из электродов в реакционной среде.

          Эмиссионные методы анализа основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Сущность метода состоит в том, что исследуемые молекулы приводят в состояние оптического возбуждения, затем регистрируют интенсивность люминесценции или флуоресценции, возникающей при возвращении их в равновесное состояние.

          Абсорбционные методы основаны на способности веществ избирательно поглощать лучистую энергию в характерных участках спектрального диапазона.

                  

8.2 Экологически опасная ситуация и понятие «экологический риск»

          Анализ и оценка опасностей и угроз проводится на всех стадиях жизненного цикла объекта, начиная с создания объекта  и заканчивая его утилизацией, и носит прогнозный характер. Количественной мерой, применяемой при оценке ситуации, является риск. Риск представляет собой вероятностную меру возникновения техногенных процессов или природных явлений, сопровождающихся формированием и действием вредных факторов и нанесенного при этом социального, экономического, экологического и других видов ущерба.

          Под экологическим риском в широком смысле следует понимать риск ухудшения качества компонентов окружающей среды, ее природных и природно-антропогенных образований, деградации флоры  и фауны и уменьшения видового разнообразия, дегармонизации естественных процессов. Под экологическим риском в узком смысле понимается вероятность наступления гражданской ответственности за нанесение ущерб окружающей среде, а также жизни и здоровью третьих лиц.

          Экологические риски как категория промышленной деятельности чаще                            всего определяются с помощью данных о вероятностях  наступления     событий и последствиях   реализации этих вероятностей.

                                                                                                          (8.1)

          где – величина экологического риска;

           – вероятность наступления неблагоприятного события, доли единицы;

           – последствие от реализации неблагоприятного события (например, величина экологического риска) в натуральном или стоимостном выражении.

          При возможных авариях на промышленных, энергетических и иных объектах, которые вызывают тяжелые последствия и, прежде всего гибель людей, риск принято выражать следующим образом:

                                                                                                           (8.2)

          где – частота - й аварии;

          – количество смертельных случаев, обусловленных ею;

           -  возможное число всех аварий на данном объекте.

                 

8.3   Технико-экономическое обоснование природоохранных мероприятий

          Экономическое обоснование воздухоохранных мероприятий проводится сопоставлением экономических результатов от этих мероприятий () с затратами (), необходимыми для их осуществления, а также достигаемого чистого экономического эффекта ().

          Экономическим результатом воздухоохранных мероприятий является предотвращенный экономический ущерб от загрязнения окружающей среды;

затраты в материальном производстве, непроизводственной сфере и соответствующие расходы населения, а также прирост стоимостной оценки сберегаемых природных ресурсов.

          Годовой экономический эффект , тенге/год, от осуществления мероприятий рассчитывается по формуле:

                                                                                                                (8.3)

                 где  – экономический результат от реализации мероприятия, тенге/год;

                 – приведенные затраты на реализацию мероприятия, тенге/год.

                 Приведенные затраты для воздухоохранных мероприятий, тенге/год,      

        определяются по выражению:

                                                                                                           (8.4)

          где  – эксплуатационные затраты, возникающие при использовании внедренного мероприятия, тенге/год;

           – единовременные (капитальные) вложения на реализацию мероприятия, тенге;

           –  нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений в природоохранные мероприятия 1/год.

К эксплуатационным затратам  воздухоохранных мероприятий  относятся ежегодные затраты на основную и дополнительную плату обслуживающего персонала, планово-предупредительный, текущий и капитальный ремонты, энергетические расходы (теплота, электроэнергия).

Капитальные вложения   на охрану воздушного бассейна включают в себя единовременные затраты на строительство (приобретение, монтаж, стоимость проектных и изыскательских работ) установок для улавливания и обезвреживания вредных веществ из отходящих газов и т.д.

Экономический результат от внедрения воздухоохранного мероприятия в общем виде выражается величиной предотвращенного этим мероприятием годового экономического ущерба от загрязнения  среды  и улучшения производственных результатов деятельности предприятия или ряда предприятий , т.е.

                                                                                                      (8.5)

где , тенге/год – предотвращенный экономический ущерб вследствие снижения загрязнения среды; – ущерб от загрязнения среды при экспулуатации котла до внедрения мероприятия; – то же после внедрения мероприятия; – экономический эффект от реализации сырья или готовой продукции, полученных из уловленных отходов основного производства.

Предотвращенный экономический ущерб от загрязнения атмосферы (ΔУ) может достигаться или вследствие снижения массы выброса вредного вещества, или вследствие изменения токсичности выбросов, либо того и другого вместе, а также изменения характера рассеивания выбросов при использовании воздухоохранного мероприятия. Поэтому следует определять отдельно ущерб от выбросов в атмосферу до (У₁) и после (У₂) внедрения мероприятия.

Ущерб, тенге/год, причиняемый годовыми выбросами вредного вещества при рассматриваемом состоянии источника, определяется по формуле:

                                                                                            (8.6)

где – константа, имеющая размерность, тенге/усл.т; - приведенная условная масса годового выброса вредного вещества из источника, усл.т/год;

- безразмерная поправка, учитывающая характер рассеивания  примеси в атмосфере; - безразмерная величина относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха. 

 

Список литературы 

1.  Мазур И.И. Введение в инженерную экологию.- М.: Наука, 1989.-375с.

2.  Медведев В.Т. Инженерная экология.-М.: Гардарики, 2002.- 687с.

3.  Рихтер Л.А. Охрана водного и воздушного бассейна от выбросов ТЭС.- М.: Энергоатомиздат, 1981.- 253с.

4.  Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под общ. ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина.- М.: Издательство МЭИ, 2004.- 632с.

5.  Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД - 86 – Л.: Гидрометеоиздат, 1987.- 93с.

6.  Росляков П.В., Егорова Л.Е., Ионкин И.Л. Расчет вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Учебное пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 84с.

7. Еремкин А.И., Квашнин И.М., Юнкеров Ю.И. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Учебное пособие.- М.: АСВ, 2000.-176с.

8.  Байгельдинов Д.Л. Правовой механизм государственного управления в области экологии.- Алматы: КазГУ, 1998.- 98с.

9.  Сулеев Д.К., Сагитов С.И., Сагитов П.И. и др. Экология и природопользование: Учебник.- Алматы: Гылым, 2004.- 392с. 

 

Содержание  

1 Введение                                                                                                       3

2 Лекция №1. Предмет  инженерной экологии. Энергетика и окружающая среда        

3 Лекция №2. Законодательная база экологической политики Республики Казахстан       

4  Лекция №3. Основы экологического нормирования                           

5  Лекция №4  Золоулавливание на тепловых электростанциях             

6 Лекция №5  Снижение выбросов оксидов серы. Газоочистка на атомных электростанциях

7 Лекция №6 Методы подавления выбросов оксидов азота и углерода, продуктов неполного сгорания топлива. Рассеивание  выбросов промышленных предприятий в атмосфере

8  Лекция №7 Загрязнение водных бассейнов производственными сточными водами

9  Лекция №8 Мониторинг окружающей среды. Экологический риск  и экономические аспекты природоохранной деятельности                           

  Список литературы