авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения ...»

-- [ Страница 2 ] --

Современные полигоны – это комплексы природоохранных сооружений, предназначенные для складирования, изоляции и обезвреживания ТБО, обеспечивающие защиту от загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующие распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

Проектируемую вместимость полигона рассчитывают с учетом удельной обобщенной годовой нормы накопления ТБО на одного жителя, которая включает накопление ТБО в учреждениях и организациях, число обслуживаемого полигоном населения, расчетный срок эксплуатации, степень уплотнения ТБО в процессе их укладки в тело полигона и после его закрытия.

Пример расчета полигона Исходные данные. Расчетный срок эксплуатации полигона Т = 20 лет. Годовая удельная норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов на год проектирования У1 = 1,1 м3/челгод. Количество обслуживаемого населения на год проектирования Н1 = 250 тыс. чел., прогнозируется через 20 лет с учетом близко расположенных населенных пунктов Н2 = 350 тыс. чел. Высота складирования ТБО, предварительно согласованная с архитектурно-планировочным управлением, Нп = 40 м.

1. Расчет проектируемой вместимости полигона ТБО.

Вместимость полигона ЕТ на расчетный срок определяется по формуле:

(У 1 + У 2 ) (Н 1 + Н 2 ) К = (У 1 + У 2 )(Н 1 + Н 2 ) Т К 2 : 4 К 1, Ет = Т К 2 где У1 и У2 – удельные годовые нормы накопления ТБО по объему на 1-ый и последний годы эксплуатации полигона, м3/челгод;

Н1 и Н2 – количество обслуживаемого полигоном населения на 1-ый и последний годы эксплуатации полигона, чел.;

Т – расчетный срок эксплуатации полигона, год;

К1 – коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона на весь срок Т;

К2 – коэффициент, учитывающий объем наружных изолирующих слоев грунта (промежуточный и окончательный).

Определим значение параметров, отсутствующих в исходных данных. Удельная годовая норма накопления ТБО по объему на 20-ый год эксплуатации определяется из условия ежегодного роста ее по объему на 3 % (среднее значение по РФ 3-5%):

У 2 = У 1 (1,03) = 1,1 (1,03) = 1,1 1,805 = 1,99 м3/челгод Т Коэффициент К1, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона за весь срок Т, принимаем по табл. 1 с учетом применения для уплотнения бульдозера массой 14 т: К1 = 4.

Коэффициент К2, учитывающий объем изолирующих слоев грунта в зависимости от общей высоты, принимаем по табл. 2: К2 = 1,18.

Таблица Масса бульдозера или катка, Полная проектируемая К т высота полигона, м 3–6 20...30 менее 12 – 14 3, 12 – 14 20...40 50 и более 20 – 22 4, Примечание: значения К1 приведены при соблюдении послойного уплотнения ТБО, оседания в течение не менее 5 лет и плотности ТБО в местах сбора = 200 кг/м3.

Таблица Общая Более 5,25 7,5 9,75 12...15 16...39 40... высота, м К2 1,37 1,27 1,25 1,22 1,2 1,18 1, Примечание:

При обеспечении работ по промежуточной и окончательной изоляции 1.

полностью за счет грунта, разрабатываемого в основании полигона, К2 = 1.

В табл. 2 слой промежуточной изоляции принят 0,25 м. При применении 2.

катков КМ-305 допускается слой промежуточной изоляции 0,15 м.

Проектируемая вместимость полигона ЕТ составит:

ЕТ = (1,1 + 1,99) (250000 + 350000) 20 1,18 : 16 = 2734650 м3.

С учетом плотности ТБО после уплотнения вместимость полигона на расчетный срок его эксплуатации рассчитывается по формуле:

(Y1 + Y2) K ЕТ = ----------- (H1 + H2) T ------ 2ТБО 2K где Y1, Y2 – удельные годовые нормы накопления отходов в первый и последний годы эксплуатации полигона, т /чел;

Н1, Н2 – численность населения, обслуживаемого полигоном, на первый и последний годы эксплуатации, чел.;

Т – расчетный срок эксплуатации полигона, годы;

К1 – коэффициент уплотнения ТБО, равный отношению плотности ТБО после уплотнения (ТБО = 0,6-0,8 т /м3) к плотности ТБО, доставляемого мусоровозами на полигон (ТБО = 0,2-0,3 т/м3), зависит от массы грунтоуплотняющей машины и толщины изолирующего слоя (hиз), выполняемого из минерального грунта (при hиз = 0,25 м и менее, К1 = 3-4,5);

К2 – коэффициент, учитывающий увеличение объема полигона за счет устройства наружных и внутренних изолирующих слоев;

К2 зависит от изолирующего материала, в качестве которого используют минеральный грунт, забираемый из основания полигона, либо привозной. Так, для выполнения изолирующих работ с помощью минерального грунта, разрабатываемого в основании возводимого полигона, К2 = 1, а привозного грунта – К2 =1,16-1,37 в зависимости от высоты или глубины полигона.

При расчете вместимости полигона необходимо учитывать демографические изменения численности населения в обслуживаемом районе за расчетный период:

Н2 = Н1К3, (3) где К3 – коэффициент, учитывающий демографические изменения в обслуживаемом районе за счет рождаемости и миграции населения, К3 = 1-1,4.

Таблица 3.

Ориентировочные нормы накопления ТБО в жилом фонде Нормы накопления ТБО на 1 Средняя человека плотность Классификация жилищного фонда ТБО, кг/м м3/год кг/год Жилые дома Благоустроенные:

- при отборе пищевых отходов;

180-200 0,9-1,0 190- - без отбора пищевых отходов;

210-225 1,0-1,1 200- Неблагоустроенные:

- без отбора пищевых отходов;

350-450 1,2-1,5 Жидкие отходы из непроницаемых выгребов неканализованных домов - 2,0-3,25 Общая норма накопления ТБО по благоустроенным жилым и общественным зданиям для 260-280 1,4-1,5 городов с населением более тыс. чел.

То же с учетом всех арендаторов 280-300 1,5-1,55 Таблица Ориентировочные нормы накопления ТБО от отдельно стоящих объектов общественного назначения Норма накопления Объект образования Расчетная Плотность ТБО, кг/м отходов единица кг/год м /год Гостиница На 1 место 120 0,7 Детский сад, ясли На 1 место 95 0,4 Школа, техникум, На 1 учащегося 24 0,12 институт Театр, кинотеатр На 1 место 30 0,2 На 1 сотрудника Учреждение 40 0,22 На 1 м2 торговой Продовольственный 160-250 0,8-1,5 160- магазин площади На 1 м2 торговой Промтоварный 80-200 0,5-1,3 150- магазин площади На 1 м2 торговой Рынок 100-200 0,6-1,3 160- площади Санатории, На 1 место пансионаты, 250 1,0 дома отдыха Вокзалы, автовокзалы, На 1 м2 площади 125 0,5 аэропорты Таблица Степень уплотнения ТБО при различных способах их прессования (уплотнения) в зависимости от давления, создаваемого установками.

Давление, МПа (кг/см2) Способ прессования Степень уплотнения, раз При сборе Уплотнение сухих отходов в учреждениях или торговых 0,1-0,2 (1-2) 3- предприятиях.

При транспортировании Уплотнение в мусоровозе при 0,02-0,1 (0,2-1) сборе. Прессование при 0,03-0,6 (0,3-0,6) 1,5- перегрузке в контейнеры.

При переработке и захоронении Прессование на специальных 5-30 (50-300) 8- прессах с последующим захоронением на полигонах. 0,1(1) 3- Послойное уплотнение отходов при захоронении на полигонах.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ 1. Рассчитать вместимость полигона, функционирующего на протяжении 15 лет, если численность населения, обслуживаемого полигоном составляет 125 тыс. чел., при норме накопления 275 кг/год на человека, если нормы накопления ТБО изменяются в среднем на 3% в год.

2. Рассчитать количество отходов, образующихся в городе N, и вместимость полигона этого города, в котором проживает 500 тыс. чел. В городе функционирует рынка, 2 театра, 6 кинотеатров, 30 детских садов, 50 школ, 6 институтов, 150 учреждений.

Среднюю плотность отходов взять в таблицах 1 и 2, учесть степень уплотнения ТБО при транспортировании. Дать рекомендации о времени существования полигона.

Недостающие данные по количеству человек, работающих в учреждениях и обучающихся в школах и ВУЗах, посещающих театры, кинотеатры и рынки ввести в расчеты самостоятельно.

3. Какое количество отходов образуется в городе N при функционировании продовольственных магазинов? Учесть, что в 20 магазинах работает по 10 человек, в магазинах – 35 человек, а в остальных по 4-5 человек. Сколько времени понадобится для того, чтобы плановая мощность полигона 10 млн. м3 была полностью реализована, если при транспортировке ТБО они уплотняются в 5 раз и вывозятся на специальный полигон с плановыми показателями по высоте не более 30 м.

4. На 4 железнодорожных вокзалах в год образуется до 150 тыс. т металлических банок, 265 тыс. т стеклянных бутылок, 340 тыс. т полимерной посуды и упаковки из пластика. Доля этих отходов в общем объеме городского мусора (2,5 млн. м3/год) составляет 12%. Какой объем отходов будет вывезен на полигон через 10 лет, если ежегодный прирост этих отходов составляет 0,5% при степени уплотнения отходов при транспортировке 2,4 раза.

5. Составить задачу по расчету вместимости полигона, учитывающую, что численность данного населенного пункта составляет 100 тыс. человек, годовой прирост населения – 2%. Проектная мощность полигона высотой 40 м – 1 млн. м3. Годовая удельная норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов на год проектирования У1 = 0,75 м3/челгод. Недостающие данные ввести самостоятельно.

2.6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ, ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ С БИОГАЗОМ, НА ПОЛИГОНАХ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Цель работы – овладение методикой расчета количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов Задачи работы – рассчитать максимально разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферу с биогазом, возникающим в результате разложения твердых бытовых и промышленных отходов на полигонах.

Теоретическая часть.

В толще бытовых и промышленных отходов, захороненных на полигонах, под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс распада органической составляющей отходов.

Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную объемную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными компонентами биогаз содержит пары воды, оксид углерода, оксиды азота, аммиак, углеводороды, сероводород, фенол и в незначительных количествах другие примеси, обладающие вредным для здоровья человека и окружающей среды воздействием.

Количественный и качественный состав биогаза зависит от многихфактов, в том числе, от климатических и геологических условий места расположения полигона, морфологического и химического состава завозимых отходов, условий складирования (площадь, объем, глубина захоронения), влажности отходов, их плотности и т.д., и подлежит уточнению в каждом конкретном случае, но не ранее двух лет с начала эксплуатации полигона.

По общепринятой технологии захоронения отходов предусматривается планировка и уплотнение завозимых отходов, а также регулярная изоляция грунтом рабочих слоев отходов.

В начальный период (около года) процесс разложения отходов носит характер их окисления, происходящего в верхних слоях отходов, за счет кислорода воздуха, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы, Затем по мере естественного и механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются анаэробные процессы с образованием биогаза, являющегося конечным продуктом биотермического анаэробного распада органической составляющей отходов под воздействием микрофлоры.

Биогаз через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу, загрязняя ее. Если условия складирования не изменяются, процесс анаэробного разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза практически одного газового состава (при стабильности морфологического состава отходов).

Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых отходов на полигонах:

1 - я фаза – аэробное разложение;

2 - я фаза – анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);

3 - я фаза - анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное брожение);

4 – я фаза – анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

5-я фаза – затухание анаэробных процессов.

Первая и вторая фазы имеют место в первые 20-40 дней с момента укладки отходов, продолжительность протекания третьей фазы – до 700 дней.

Длительность четвертой фазы – определяется местными климатическими условиями и для различных регионов РФ колеблется в интервале от 10 (на юге) до 50 лет (на севере), если условия складирования не изменяются.

За период анаэробного разложения отходов с постоянным выделением метана и максимальным выходом биогаза (четвертая фаза) генерируется около 80% от общего количества биогаза. Остальные 20% приходятся на первые три и конечную фазы, в периоды которых в образовании продуктов разложения принимают участие только часть находящихся на полигоне отходов ( верхние слои отходов и медленно разлагаемая микроорганизмами часть органики). Количественный и качественный состав выбросов, приходящихся на эти фазы, зависит от состава отходов, определяемого при обследовании того или иного конкретного полигона.

Поэтому расчет выбросов биогаза целесообразно проводить для условий стабилизированного процесса разложения отходов при максимальном выходе биогаза (четвертая фаза) с учетом того, что стабилизация процесса газовыделения наступает в среднем через два года после захоронения отходов. На эту фазу приходится 80% выделяемого биогаза. Остальные 20% выбросов учитываются концентрациями компонентов биогаза, определяемыми анализами (при анализах отобранных проб биогаза не представляется возможным дифференцировать, какая часть из общей определяемой концентрации того или иного компонента создается при смешанном брожении, а какая – при анаэробном разложении с постоянным выделением метана).

Процесс минерализации отходов происходит в течение 1-го года – на 12 см, 2 –го года – на 21 см, 3 года – на 27 см и т.д.

Поступление биогаза с поверхности полигона в атмосферный воздух идет равномерно, без заметных колебаний его количественных и качественных характеристик.

Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух с полигонов Расчет выбросов газообразных загрязняющих веществ в атмосферный воздух приводится для нормального режима эксплуатации полигона ТБО и ПО.

На количественную характеристику выбросов загрязняющих веществ с полигонов отходов влияет большое количество факторов, среди которых:

- климатические условия;

- рабочая (активная) площадь полигона;

- сроки эксплуатации полигона;

- количество захороненных отходов;

- мощность слоя складированных отходов;

- соотношение количеств завезенных бытовых и промышленных отходов;

- морфологический состав завезенных отходов;

- влажность отходов;

- содержание органической составляющей в отходах;

- содержание жироподобых, углеводоподобных и белковых веществ в органике отходов;

- технология захоронения отходов.

Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении определяется по уравнению:

Q = 10 R(0,92 Ж + 0,62У + 0,34 Б ), (1) где Q – удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;

R – содержание органической составляющей в отходах, %;

Ж – содержание жироподобных веществ в органической части отходов, %;

У – содержание углеводоподобных веществ в органической части отходов;

Б – содержание белковых веществ в органической части отходов, %;

R, Ж, У и Б – определяются анализами отбираемых проб отходов.

Уравнение (1) составлено применительно к абсолютно сухому веществу отходов.

В реальных условиях отходы содержат определенное количество влаги, которая сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесенный к единице веса реальных влажных отходов, будет меньше, чем отнесенный к той же единице абсолютно сухих отходов в 10-2 (100 – W) раз, так как в весовой единице влажных отходов содержание абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет всего 10-2 (100 – W) от этой единицы.

Здесь W – фактическая влажность отходов в %, определенная анализами проб отходов.

С учетом вышесказанного уравнение выхода биогаза при метановом брожении реальных влажных отходов принимает вид:

Q = 10 R (100 W )(0,92 Ж + 0,62У + 0,34 Б ), (2) где сомножитель 10-2 (100 – W)учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов, для которых составлено уравнение (1), в общем количестве реально влажных отходов.

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, определяется по формуле:

Qw Р уд. = 103 кг/т отходов в год (3), t сбр.

где tобр. – период полного сбраживания органической части отходов, в годах, определяемый по приближенной эмпирической формуле:

tобр. = (4), Т тепл. (t ср. тепл. ) 0, где tср. тепл. – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона ТБО и ПО за теплый период года (tср.мес.0), в оС;

Ттепл. – продолжительность теплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, в днях;

10248 и 0,301966 – удельные коэффициенты, учитывающие биотермическое разложение органики.

Органические вещества, содержащиеся в отходах обладают различной интенсивностью разложения. Так, резина, кожа, полимерные материалы и т.п. разлагаются микроорганизмами очень медленно, в то время как органические составляющие отходов, содержащие белковые вещества, крахмал, разлагаются очень быстро. Таким образом, можно считать, что органическая составляющая отходов состоит из «пассивного» (не генерирующего или очень медленно генерирующего) органического вещества и органического вещества. Следовательно, от «активного» (генерирующего) морфологического состава отходов зависит интенсивность образования и выделения биогаза и в зависимости от него и от климатических условий колеблется продолжительность периода стабилизированного активного выхода биогаза.

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как суммарная величина произведений объемных концентраций его компонентов на их плотности:

n C i об.i б. г. = i =, кг / куб. м, (5) где: Соб.i - содержание i-го компонента в биогазе, объемные %;

i – плотность i-го компонента биогаза, кг/куб.м;

n – количество компонентов в биогазе.

Примечание. Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95-0,98 плотности воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб.м средняя плотность биогаза будет:

1,2928 · 0,965 = 1,24755 кг/куб.м.

С другой стороны, связь плотностей компонентов, их концентраций в биогазе и объемного процентного содержания определяются формулой:

Сi Соб.i = 10 4,% (6) i где: Сi – концентрация -го компонента в биогазе, мг/куб.м.

Формула для определения плотности биогаза выводится совместным решением уравнений (5) и (6):

n б. г. = 10 6 Ci, кг / куб. м (7) i = В нижеприведенной табл. 1 указаны плотности наиболее вероятных компонентов биогаза.

Таблица Компоненты биогаза, образующегося в результате разложения отходов на полигоне ТБО и ПО № п/п Наименование вещества Плотность, кг/куб. м Метан 1 0, Углерода диоксид 2 1, Толуол 3 0, Аммиак 4 0, Ксилол 5 0, Углерода оксид 6 1, Азота диоксид 7 1, Формальдегид 8 0, Ангидрид сернистый 9 2, Этилбензол 10 0, Бензол 11 0, Сероводород 12 1, Фенол 13 Состав биогаза и концентрации компонентов в нем определяются (через 2 года после начала эксплуатации) анализами проб биогаза, отобранных в ряде точек по площади полигона на глубине 1-1,5 м (количество и расположение точек отбора зависит от активной площади полигона и числа разнородных участков) путем отсоса биогаза и дальнейших его химических анализов по существующим утвержденным методикам.

Используя полученные анализами концентрации компонентов в биогазе и рассчитанную его плотность, определяется весовое процентное содержание этих компонентов в биогазе:

Свес.i = 10-4 Сi / б.г., % (8) Размерности в этой формуле:

Сi - концентрации компонентов в биогазе – мг/куб.м;

б.г. – плотность биогаза – кг/куб.м.

По рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесенному к одной тонне отходов (формула 3) и весовым процентным содержаниям компонентов в биогазе (формула 8) определяются удельные массы компонентов, выбрасываемые в год, по формуле:

Руд.i = (Свес.i · Pуд) /100, кг/т отходов в год (9).

При использовании расчетного метода инвентаризации выбросов действующего полигона и при проектировании нового или расширении существующего полигона ТБО может приниматься следующий среднестатистический состав биогаза (табл.2).

Таблица Состав биогаза,% Компонент Свес.i, % Метан 52, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, Для расчета величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учетом того, что период стабилизированного активного выхода биогаза в среднем составляет двадцать лет и что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем два года после захоронения отходов, т.е. отходы, завезенные в последние два года, не входят в число активных.

При подсчете возможны два варианта.

Первый – полигон функционирует менее двадцати лет, т.е. менее периода полного сбраживания (tсбр.). В этом случае учитываются все отходы, завезенные с начала работы полигона, за исключением отходов, завезенных в последние два года.

Второй – полигон функционирует более двадцати лет, т.е. более периода полного сбраживания. Этом случае подсчитываются отходы, завезенные за последние двадцать лет без учета отходов, завезенных в последние два года.

Максимально разовые выбросы i-го компонента биогаза с полигона определяют по формуле:

Мi = 0,01· Мсум. · Свес.i, г/с, (10) где Мсум. – суммарный максимальный разовый выброс всех компонентов биогаза, определяемый по формуле:

D Pуд. D Р уд М сум. = 10 3 =, г/с, (10а) Tтепл. 24 3600 86,4 Т тепл.

где D – количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, т;

Ттепл. – продолжительность теплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, в днях (Берется из действующих климатологических справочников или справки, запрашиваемой в территориальных органах Росгидромета);

Свес.i – определяется по формуле 8 или по табл.2.

Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. При отрицательных температурах процесс «мезофильного сбраживания» (до 55оС) органической части ТБО и ПО прекращается, происходит т.н. «законсервирование» до наступления более теплого периода года (tср.мес. 0oC).

Приведенная формула (10) справедлива для случая обследования полигона и отбора проб биогаза в теплое время года (tср.мес. 8oC). При обследовании в более холодное время года (0 tср.мес. 8oC), что нецелесообразно хотя бы из-за дополнительных погрешностей измерений, в формуле следует применять повышающий коэффициент неравномерности образования биогаза 1,3.

С учетом коэффициента неравномерности валовые выбросы i –го загрязняющего вещества с полигона определяются по формуле:

Gi = 0,01 Gсум. С вес.i, т / год (11) где Gсум. – суммарный валовый выброс всех компонентов биогаза с учетом коэффициента неравномерности, определяемый по формуле:

a 365 24 3600 в 365 24 ) 10 6, т / год (11а).

Gсум. = М сум. ( + 12 1, Примечание: а и в в формуле (11а) соответственно периоды теплого и холодного времени года в месяцах (а при tср.мес. 8оС;

в при 0 tср.мес. 8oC).

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ.

Пример 1.

Исходные данные:

1. Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне:

- содержание органической составляющей в отходах - R = 55%;

- содержание жироподобных веществ в органике отходов – Ж = 2%;

- содержание углеводоподобных веществ в органик отходов – У = 83%;

- содержание белковых веществ в органик отходов – Б = 15%;

- средняя влажность отходов – W =47%.

2. Результаты анализов проб биогаза:

Компонент Сi, мг/куб.м Метан 660 Углерода диоксид 558 Толуол Аммиак Ксилол Углерода оксид Азота диоксид Формальдегид Этилбензол Ангидрид сернистый Сероводород 2. Полигон функционирует 16 лет.

3. Ежегодно на полигон в районе Москвы завозится 208200 т отходов.

Расчет.

1. По формуле (2) определяем удельный выход биогаза (в кг от одного кг отходов) за период активного его выделения:

Qw = 10-6 ·55· (100 – 47) · (0,92 · 2 + 0,62 ·83 + 0,34 ·15) = 0,170236 кг/кг отходов.

Период активного выделения биогаза для Москвы (tср.тепл. = 11,67оС;

Ттепл. = 244 дн.) составит по формуле 4:

t обр. = = 20 лет 244(11,67) 0, 2. По формуле (3) определяем количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне захороненных отходов:

0, Р уд. = 10 3 = 8,5118 кг/т отходов в год.

3. По формуле (7) определяем плотность биогаза:

Компонент Сi, мг/куб.м Метан Углерода диоксид Толуол Аммиак Ксилол Углерода оксид Азота диоксид Формальдегид Этилбензол Ангидрид сернистый Сероводород ИТОГО б.г. = 10-6 · 1249223 = 1,249 кг/куб.м 4. По формуле (8) определяем весовое процентное содержание компонентов в биогазе (диоксид углерода как ненормируемое вещество из дальнейшего рассмотрения исключается):

Компонент Свес.i,% Метан 52, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, 5. По формуле (9) определяем удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год:

Компонент Руд.i, кг /т отходов в год Метан 4, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, 6. Активно вырабатывают биогаз отходы, завезенные на полигон за период с начала его работы до момента расчета минус последние два года, т.е. за 14 лет:

208200 · 14 = 2914800 т По формулам (9) и (10) рассчитываем максимальные разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ.

Суммарный максимальный разовый выброс биогаза полигона составит (формула 10):

8,5118 М сум. = = 1176,865 г/с 86,4 В том числе без СО2 – формула 10а:

Компонент Мi, г/с Метан 622, Толуол 8, Аммиак 6, Ксилол 5, Углерода оксид 2, Азота диоксид 1, Формальдегид 1, Этилбензол 1, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, Валовые выбросы биогаза, т/год рассчитываются по формуле 11:

5 365 24 3600 3 365 24 ) 10 6 = 22601,23737 т/год Gсум. = 1176,865 ( + 12 1, (а = 5 мес.;

в = 3 мес.).

В том числе (без СО2) – формула 11а):

Компонент Gi,т/год Метан 11959, Толуол 163, Аммиак 120, Ксилол 100, Углерода оксид 56, Азота диоксид 25, Формальдегид 21, Этилбензол 21, Ангидрид сернистый 15, Сероводород 5, Пример 2.

Исходные данные:

1. Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне:

- содержание органической составляющей в отходах - R = 55%;

- содержание жироподобных веществ в органике отходов – Ж = 2%;

- содержание углеводоподобных веществ в органик отходов – У = 83%;

- содержание белковых веществ в органик отходов – Б = 15%;

- средняя влажность отходов – W =47%.

2. Полигон функционирует более 30 лет.

3. Ежегодно на полигон в районе Сочи завозится 20 000 т отходов.

Расчет.

1. По формуле (2) определяем удельный выход биогаза (в кг от одного кг отходов) за период активного его выделения:

Qw = 10-6 ·55· (100 – 47) · (0,92 · 2 + 0,62 ·83 + 0,34 ·15) = 0,170236 кг/кг отходов.

Период активного выделения биогаза для Сочи (tср.тепл. = 14,11оС;

Ттепл. = 365 дн.) составит по формуле 4:

t обр. = = 13 лет 365(14,11) 0, 2. По формуле (3) определяем количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне захороненных отходов:

0, Р уд. = 10 3 = 13,09508 кг/т отходов в год.

3. Принимаем весовое процентное содержание компонентов в биогазе аналогичным п.4 примера 1.

Компонент Свес.i,% Метан 52, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, 4. По формуле (9) определяем удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год:

Компонент Руд.i, кг /т отходов в год Метан 6, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, 5. Активно вырабатывают биогаз отходы, завезенные на полигон за последние лет минус последние два года, т.е.за 11 лет:

20000 · 11 = 220000 т По формулам (9) и (10) рассчитываем максимальные разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ.

Суммарный максимальный разовый выброс биогаза полигона составит (формула 10):

13,09508 М сум. = = 91,35328 г/с 86,4 В том числе без СО2 (формула 10а):

Компонент Мi, г/с Метан 48, Толуол 0, Аммиак 0, Ксилол 0, Углерода оксид 0, Азота диоксид 0, Формальдегид 0, Этилбензол 0, Ангидрид сернистый 0, Сероводород 0, Валовые выбросы биогаза, т/год рассчитываются по формуле 11:

10 365 24 3600 2 365 24 ) 10 6 = 2770,11243 т/год Gсум. = 91,33285 ( + 12 1, (а = 10 мес.;

в = 2 мес.).

В том числе (без СО2) – формула 11а):

Компонент Gi,т/год Метан 1465, Толуол 20, Аммиак 14, Ксилол 12, Углерода оксид 6, Азота диоксид 3, Формальдегид 2, Этилбензол 2, Ангидрид сернистый 1, Сероводород 0, КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ 1. Рассчитать максимально разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ, выделяющихся с биогазом, если полигон ТБО функционирует более 30 лет, ежегодно на него завозится 20 тыс. т отходов. Продолжительность теплового периода составляет 365 дней, а средняя температура воздуха в районе полигона – 14,11оС. R = 68%, Ж = 4%, У =86%, Б = 18%, W = 52%. Содержание компонентов биогаза (Свес.i, %) следующее: метан – 48, толуол – 0,516;

аммиак – 0,455;

ксилол – 0,385;

СО – 0,341;

NO2 – 0,111;

формальдегид – 0,104;

этилбензол – 0,1;

ангидрид сернистый – 0,09;

сероводород – 0,035.

2. Рассчитать удельный выход биогаза и период его активного выделения, если Ттепл = 250 дней, tср.тепл. = 12,4оС, R = 42%, Ж = 1,5%, У =82%, Б = 15%, W = 45%.

3. Рассчитать удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год, если Ттепл = 265 дней, tср.тепл. = 18оС, R = 68%, Ж = 1,1%, У =86%, Б = 12%, W = 70%.

4. Составить многовариантную задачу (на 5 вариантов) и решить ее.

2.7.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ОТСТОЙНИКА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ 1.1. Скорость свободного осаждения твердых частиц сферической формы под действием силы тяжести в неограниченном объеме жидкости может быть рассчитана, исходя из баланса силы тяжести, силы выталкивания (силы Архимеда) и силы сопротивления движению (силы Стокса) по формуле 2 r 2 g(т ж ) u=, (1.1) µc где u – скорость свободного осаждения, м/с;

r – радиус сферической частицы, м;

g – ускорение свободного падения, м/с;

т и ж – плотность твердой и жидкой фаз, соответственно, кг/м3;

µс – динамическая вязкость суспензии, Па·с.

Вязкость суспензии не зависит от формы и размеров частиц, но зависит от объемной доли твердой фазы в суспензии и определяется следующим образом µс = µж(1 + 2,5) при 0,1;

(1.2а) µс = µж(1 + 4,5) при 0,1, (1.2б) где µж – вязкость жидкой фазы.

Объемная доля твердой фазы в суспензии может быть выражена через массовую долю x следующим образом. Плотность суспензии с определяется соотношением с = тх + ж(1 – х). (1.3) В этом случае масса суспензии Gс, выраженная через ее объем Vс и плотность, равна Gс = Vс с, масса твердой фазы в суспензии равна Gт = хGc = xVc c, а ее объем – Vт = Gт/т = xVc c /т. Объемная доля твердой фазы в суспензии равна = Vт/Vc = хс /т.

Подставив в последнее выражение значение с из (1.3), получим ж (1 x ).

= xx + (1.4) т 1.2. Скорость стесненного осаждения в общем случае описывается критериальным уравнением вида: Re = f(Ar, 1 – x), где Re и Ar – критерии Рейнольдса и Архимеда соответственно.

В расчетной практике скорость стесненного осаждения вычисляют по формулам u ст = u (1 ) 10 1, при 0,3;

(1.5а) 0,123(1 ) u ст = u при 0,3. (1.5б) 1.3. Поверхность осаждения отстойника, необходимая для удаления из суспензии частиц радиусом r и более определяется по формуле F = Vосв /uст, (1.6) где Vосв – объем осветленной жидкости, получаемый в единицу времени, м /с.

Задача 1. Рассчитайте поверхность осаждения отстойника, теоретически необходимую для осаждения из суспензии диоксида кремния частиц с эффективным диаметром 100 мкм и более. Производительность отстойника – 1000 м3/ч. Массовая доля твердой фазы в суспензии – 0,1. Вязкость воды равна 1,002·10–3 Па·с при 20 оС;

плотность воды – 1·103 кг/м3;

плотность диоксида кремния – 2,651·103 кг/м3.

Решение. Объемная доля диоксида кремния в суспензии рассчитывается по формуле (1.4) (1 0,1) = 0,044.

= 0,10,1 + Вязкость суспензии определяется по формуле (1.2а) µс = 1,002·10–3(1 + 2,5·0,044) = 1,112·10–3 Па·с.

Скорость свободного осаждения рассчитывается по формуле (1.1) при r = = 50 мкм – = 5·10 м 2651 u = (5 10 5 ) 9, 2 = 8,09 10 3 м/с.

1,112 Скорость стесненного осаждения определяется по формуле (1.5а) uст = 8,09·10-3(1 – 0,044)2·10–1,82·0,044 = 6,16·10–3 м/с.

Производительность отстойника по осветленной жидкости Vосв = 1000 м3/ч или 1000 / 3600 = 0,278 м3/с. Поверхность осаждения при этой производительности равна F = 0,278/6,16·10-3 = 45 м2.

Контрольная задача 1. Рассчитайте поверхность осаждения отстойника Fт, теоретически необходимую для осаждения из суспензии частиц с эффективным диаметром dэф и плотностью т. Производительность отстойника равна Vосв, массовая доля твердой фазы в суспензии – х. Исходные данные приведены в табл. 1.1. Вязкость воды µж примите равной 1,002·10–3 Па·с;

плотность воды – ж = 1·103 кг/м3.

Выберите отстойник необходимых размеров из нормализованного ряда (табл. 1.2), учитывая, что из-за неравномерности распределения суспензии и вихреобразования площадь отстойника увеличивают на по отношению к теоретически необходимой.

Таблица 1. Исходные данные для контрольной задачи Вари- Вари- Vосв, т, кг/м3 Dэф, мкм Твердая фаза x м3/ч ант aнт Апатит 3190 30 500 0, 00 Асбест 2600 40 550 0, 10 Гипс 2240 50 600 0, 20 Известняк 2650 45 650 0, 30 Каолин 2200 55 700 0, 40 Колчедан серный 5000 25 750 0, 50 Песок 1500 90 800 0, 60 Каменный уголь 1350 100 850 0, 70 Магнезит 2900 40 900 0, 80 Шамот 1900 55 950 0, 90 Таблица 1. Основные характеристики нормализованных отстойников Число оборотов Диаметр, мм Высота, мм мешалки, мин- 1800 1800 0, 3600 1800 0, 6000 3000 0, 9000 3600 0, 12000 3600 0, 15000 3600 0, 18000 3200 0, 24000 3600 0, 30000 3600 0, ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЦЕНТРИФУГ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ 1.1. В отстойных центрифугах со сплошными стенками ротора разделение суспензии на осадок и осветленную жидкость (фугат) происходит по принципу осаждения под действием центробежной силы.

Величина центробежной силы в общем случае выражается равенством Fц = mv2/r, (2.1) где Fц – центробежная сила, н;

m – масса вращающегося тела, кг;

v – окружная скорость вращения, м/с;

r – радиус вращения, м.

Окружная скорость вращения определяется соотношением v = 2nr, (2.2) - где n – число оборотов ротора, с.

2.2. Отношение центробежного ускорения v2/r к ускорению силы тяжести g называют фактором разделения:

v 2 (2n ) Kp = = r, (2.3) rg g Разделяющая способность отстойных центрифуг характеризуется индексом производительности, который является произведением поверхности осаждения на фактор разделения:

= SKp. (2.4) Индекс производительности центрифуги представляет собой площадь отстойника, эквивалентного по производительности для данной суспензии.

2.3. Для отстойной центрифуги с цилиндрическим ротором диаметром D и длиной L, в котором находится слой суспензии толщиной h, фактор разделения может быть отнесен к среднему диаметру (D – h) (2n)2 · D h = Kp. (2.5) g или при h D:

(n )2 D = Kp. (2.6) g Площадь поверхности осаждения в этом случае равна S = DL. (2.7) 2.4. Приведенные выше уравнения справедливы для осаждения твердых частиц в ламинарном режиме. Вследствие большой величины центробежной силы осаждение суспензии в центрифугах может происходить в условиях турбулентного или переходного режимов. В этом случае индекс производительности выражается соотношениями = SKр0,715 для переходного режима;

(2.8а) = SKр0,5 для турбулентного режима. (2.8б) 2.5. Минимальный размер отделяемых частиц (крупность граничного зерна), мкм, для гидроциклона с углом конусности 20о определяется по формуле d сл Dxµ с = 0,9 105, (2.9) d сг 4 H т ж где dсл – диаметр сливного патрубка, м;

D – диаметр цилиндрической части корпуса гидроциклона, м;

x – доля твердой фазы в суспензии;

µс – вязкость суспензии, Па·с;

dсг – диаметр песковой насадки (патрубка для слива сгущенной суспензии), м;

Н – избыточное давление на входе в гидроциклон, атм;

т и ж – плотности твердой и жидкой фазы, соответственно, кг/м3.

2.6. Производительность циклона, м3/ч, находится по формуле V = 5,64 105 d вх d сл H, (2.10) где dвх – диаметр входного патрубка, м.

Задача 2. Определите число центрифуг с характеристиками: D = 1 м;

L = 0,7 м;

n = 1000 мин-1, эквивалентных по производительности отстойнику, поверхность осаждения которого рассчитана в предыдущей задаче. Осаждение суспензии происходит в турбулентном режиме.

Решение. Фактор разделения центрифуги рассчитывается по формуле (2.6) (3,14 1000 / 60 )2 1 = 558.

Кp = 9, Для турбулентного режима поверхность осаждения рассчитывается по уравнению 2.8б) при индексе производительности, равном поверхности осаждения отстойника S= = 19 м2.

558 0, Поверхность ротора одной центрифуги равна S1 = 3,14·1·0,7 = 2,2 м2.

Число центрифуг N = S/S1 = 1,9/2,2 1.

Контрольная задача 2. Определите число центрифуг, эквивалентных по производительности отстойнику, рассчитанному в контрольной задаче 1. Характеристики центрифуг приведены в табл. 2.1, Осаждение суспензии происходит в переходном режиме.

Из формулы (2.9) определите диаметр гидроциклона D, работающего под напором Н = 0,3 атм. при dсл = 0,3D;

dсг = 0,2dсл. Значения вязкости суспензии, доли твердой фазы в суспензии, плотностей твердой и жидкой фазы примите по расчетному заданию 1.

Определите число гидроциклонов, эквивалентных по производительности отстойнику, рассчитанному в контрольной задаче 1, при dвх = dсл. Подберите соответствующий по размерам циклон из справочной табл. 2.2.

Таблица 2. Исходные данные для контрольной задачи Вари- Вари Число оборотов, мин- Диаметр ротора, м Длина ротора, м ант ант 0,50 0,5 00 0,50 0,6 10 0,55 0,5 20 0,55 0,6 30 0,60 0,5 40 0,60 0,6 50 0,65 0,6 60 0,65 0,7 70 0,70 0,7 80 0,75 0,6 90 Таблица 2. Данные гидроциклонов Уфимского завода горного оборудования Угол D, мм конусности, dсл, в долях D dвх, в долях dсл dсг, в долях dсл град.

25 20 0,3 – 0,5 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 50 20 0,3 – 0,5 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 75 20 0,2 – 0,5 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 150 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 250 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 350 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 500 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 700 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, 1000 20 0,2 – 0,4 1,0 – 0,5 0,2 – 0, Фильтрование при постоянном перепаде давления 3.1. Фильтрованием называют процесс разделения суспензии на твердую фазу (осадок) и жидкую фазу (фильтрат) с использованием пористых перегородок. Жидкость движется через перегородку под действием разности давлений с одной и другой ее сторон.

Скорость фильтрования принято выражать в дифференциальной форме p dV w = Sdt µ (Rос + Rфп ), (3.1) где w – скорость фильтрования, м3/(м2·с);

V – объем фильтрата, м3;

S - поверхность фильтрования, м2;

t – продолжительность фильтрования, с;

p – перепад давлений, Па;

µ – вязкость жидкой фазы, Па·с;

Rос и Rфп – сопротивление слоя осадка и фильтровальной перегородки соответственно, м–1.

Для несжимаемых осадков объем осадка Vос пропорционален объему фильтрата и равен произведению толщины слоя осадка hос на поверхность фильтрования Vос = x0V = hосS, (3.2) где x0 – объемная доля твердой фазы в суспензии (отношение объема осадка к объему фильтрата).

Сопротивление слоя осадка в этом случае можно выразить уравнением V Rос = r0 hос = r0 x0, (3.3) S где r0 – удельное сопротивление осадка, м–2.

После подстановки полученного выражения в уравнение (3.1) получаем основное уравнение фильтрования p dV =. (3.4) V Sdt µ r0 x0 + Rфп S 3.2. При постоянном давлении p = const и неизменной температуре все величины в уравнении (3.4), за исключением V и t, постоянны. Разделив переменные и проинтегрировав это уравнение, получим pS Rфп S V +2 V = t. (3.5) µr0 x r0 x Полученное уравнение в явном виде описывает зависимость объема фильтрата от времени фильтрования при постоянном давлении.

3.3. Значения постоянных в уравнении фильтрования находят опытным путем. Для этого уравнение приводят к линейному виду µR µr x t = 0 02 V + фп. (3.6) V 2pS pS Полученное уравнение в координатах V – t/V представляет собой прямую, отсекающую на оси ординат отрезок, равный µRфп/(pS), тангенс угла наклона которой равен k = µr0x0/(2pS2).

Задача 3. Определите число фильтров периодического действия с поверхностью фильтрования S1 = 7 м2, необходимое для разделения суспензии, характеристики которой приведены в задаче 1, в режиме фильтрования при постоянном давлении 1 атм.

Фильтрование проводят до накопления на фильтре осадка толщиной 10 см. При фильтровании суспензии на модельном фильтре с поверхностью Sм = 0,01 м2 в аналогичных условиях получена следующая зависимость объема фильтрата от времени:

t, мин 5 10 15 V, л 55 75 90 Сопротивление фильтровальной перегородки в расчетах не учитывать.

Решение. Если сопротивление фильтровальной перегородки пренебрежимо мало по отношению к сопротивлению слоя осадка, то уравнение (3.6) можно переписать в виде µr x t = 0 02 V. (3.6а) V 2pS Полученное уравнение в координатах V – t/V представляет собой прямую, проходящую через начало координат, тангенс угла наклона которой равен k = µr0x0/(2pS2).

Для определения константы k уравнения (3.6а) преобразуем исходные данные к виду:

t, с 300 600 900 V, м 0,055 0,075 0,090 0, t/V, с/м 5500 8000 10000 и построим график зависимости t/V от V (рис.3.1).

Рис.3.1. Определение константы фильтрования По графику находим значение углового коэффициента прямой µr x 11000 k 0 02 = = 0,11 106 м /с 2pS 0, и вычисляем удельное сопротивление осадка 2 pS м 2 1,03 10 5 0, - r0 = k= 0,11 10 6 = 4,93 1010 м.

µ x0 1,002 10 0, В расчетах принято: перепад давлений на фильтровальной перегородке p = 1 атм = = 1,03·105 Па;

вязкость воды µ = 1,002·10–3 Па·с;

отношение объема осадка к объему фильтрата x0 = /(1 – ) = 0,044/(1 – 0,044) = 0,046.

Из уравнения (3.6а) выразим время фильтрования V µr0 x t= S 2 p и, принимая во внимание, что в соответствии с уравнением (3.2) V/S = hос/x0, получим выражение для расчета времени накопления осадка заданной толщины h µr x 0,1 1,002 10 3 4,93 1010 0, t = ос 0 0 = = 52 с.

x 2 p 2 1,03 10 0, Максимальная эффективность работы фильтров периодического действия достигается, когда время фильтрования равно времени, затрачиваемому на вспомогательные операции (удаление осадка и регенерация фильтровальной перегородки). Поэтому суммарное время одного цикла будет равно удвоенному времени фильтрования tц = 2t = 104 с.

Объем фильтрата за это время составит V = S1hoc/x0 = 7·0,1/0,046 = 15,2 м3.

Следовательно, производительность одного фильтра равна V1 = V/tц = 15,2/104 = 0,15 м3/с = 540 м3/ч.

Число фильтров N = Vосв/V1 = 1000/540 2.

Контрольная задача 3а. Определите число фильтров периодического действия с поверхностью фильтрования S1, необходимое для разделения суспензии, характеристики которой приведены в контрольной задаче 1, в режиме фильтрования при постоянном давлении 1 атм. Фильтрование проводят до накопления на фильтре осадка толщиной hос.

Значения S1 и hос, а также зависимость объема фильтрата от времени при фильтровании суспензии на модельном фильтре с поверхностью Sм = 0,01 м2 в аналогичных условиях, приведены в табл. 3.1. Сопротивлением фильтровальной перегородки в расчетах пренебречь.

Таблица 3. Объем фильтрата V, л Вари- Вари S1, м2 при времени фильтрования t, мин hос, см ант ант 5 10 15 5,5 12 34 50 60 00 6,0 11 40 55 70 10 6,5 10 42 60 75 20 7,0 9 45 65 80 30 7,5 9 50 70 85 40 8,0 8 55 75 95 50 8,5 8 55 80 100 60 9,0 7 60 85 105 70 9,5 7 63 95 115 80 10,0 7 70 100 125 90 Контрольная задача 3б. Повторите решение контрольной задачи 3а с учетом сопротивления фильтровальной перегородки.

Примечание Для построения графиков рекомендуется использовать метод наименьших квадратов.

Метод наименьших квадратов основан на минимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных значений yi и значений искомой функции y = f(x):

N min [ yi f (xi )].

i В частности, для функции у = kx значение коэффициента пропорциональности k по методу наименьших квадратов может быть вычислено по формуле:

N x y i i, k= i N x i i где xi и yi – экспериментально определенные значения аргумента и функции;

N – число измерений.

Для функции вида y = kx + b значения коэффициентов рассчитываются по формулам:

N N N N N N N N xi y i xi y i x y x x y i i i i i k= b= ;

.

i i i i i i i 2 N N N N N xi2 xi N xi2 xi i i i i Дисперсионный анализ суспензий методом седиментации Основной задачей дисперсионного анализа является определение характера распределения частиц суспензии по размерам, иными словами – получение так называемой кривой распределения.

Назовем фракцией Q0 часть от общего количества твердой фазы в суспензии, соответствующую достаточно узкому интервалу радиусов r. Отношение F = Q0/r (а в пределе – dQ/dr) представляет функцию распределения частиц суспензии по радиусам.

Графически выраженная зависимость Q0/r = f(r) представляет дифференциальную кривую распределения.

4.1.Типичная кривая седиментации хорошо описывается эмпирическим уравнением вида t Q = Qm, (4.1) t + t где Q – доля выпавшего осадка за время t;

Qm и t0 – константы, зависящие от свойств суспензии.

Для нахождения констант Qm и t0 уравнение (4.1) приводится к линейному виду t 1 t = t+ 0. (4.2) Q Qm Qm Уравнение (4.2) представляет собой прямую в координатах t – t/Q, отсекающую на оси t/Q отрезок, равный t0/Qm, тангенс угла наклона которой равен 1/Qm.

4.2. Зависимость доли нацело выпавшего осадка Q0 от времени выражается уравнением t Q0 = Q m t+t.

(4.3) Время осаждения частиц, радиус которых равен r, может быть найдено из уравнения Стокса при u = h/t µh t= 2 ( т ж )gr, (4.4) где h – высота осаждения, u – скорость осаждения частиц радиуса r, µ7– вязкость среды, т и ж – плотности частиц и среды соответственно.

Заменив в приведенном выше уравнении (4.3) t и t0 на пропорциональные им значения 1/r2 и 1/r02, получим аналитическое выражение интегральной кривой распределения r Q0 = Q m r + r2.

(4.5) 0 4.3. Для нахождения дифференциальной кривой распределения продифференцируем полученное выражение по радиусу dQ0 r F = 4Qm r (r02 + r 2 )3. (4.6) dr 4.4. Из интегральной кривой распределения (4.5) следует, что при полном осаждении частиц с минимальными размерами rmin значение Q0 будет равно единице.

Отсюда минимальный размер частиц, содержащихся в суспензии, будет равен:

rmin = r0 Qm 1. (4.7) 4.5. Наиболее вероятный размер частиц в суспензии rн находится дифференцированием уравнения дифференциальной кривой распределения (4.6) по радиусу и приравниванием полученной производной нулю:

r rн =. (4.8) 4.6 Наибольший радиус частиц суспензии rmax может быть определен из условия:

F(rн) F(rmax). (4.9) Для практических целей с достаточной степенью точности можно принять соотношение:

rmax 3r0. (4.10) Контрольная задача 4а. Основываясь на результатах седиментационных измерений, приведенных в табл. 4.1:

1) определите константы уравнения седиментации Qm и t0 графическим методом (полное осаждение частиц наблюдается при t =, т.е. Q = P/P);

2) по найденной величине t0 вычислите значение константы r0;

3) вычислите значения характерных точек кривых распределения rmin, rн, rmax.

При расчетах примите вязкость жидкой фазы (воды) 1.10–3 Па·с, плотность жидкой фазы 1·103 кг/м3. Плотность твердой фазы и высота осаждения приведены в табл. 4.2.

Контрольная задача 4б. Основываясь на результатах решения контрольной задачи 4а:

1) постройте интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц суспензии по радиусам в пределах от rmin до rmax;

2) по интегральной кривой распределения определите минимальный размер частиц r*, которые необходимо осадить из суспензии для получения степени очистки 70 %.

3) вычислите хначение r* из уравнения (4.5) при Q0 = 0,7.

Таблица 4. Результаты седиментационных измерений Вариант t, с 60 180 300 600 900 00 15 40 55 75 85 90 10 20 45 65 90 100 110 20 22 55 75 105 120 130 30 30 70 95 135 155 165 106P, 40 30 75 105 150 170 185 кг 50 40 92 125 180 205 220 60 40 100 140 195 220 240 70 45 110 150 205 240 260 80 50 115 160 220 255 275 90 60 140 190 265 305 335 Таблица 4. Характеристика твердой фазы суспензии Плотность, кг/м Вариант Твердая фаза Высота осаждения, м Апатит 00 3190 0, Асбест 01 2600 0, Гипс 02 2240 0, Известняк 03 2650 0, Каолин 04 2200 0, Колчедан серный 05 5000 0, Песок 06 1500 0, Каменный уголь 07 1350 0, Магнезит 08 2900 0, Шамот 09 1900 0, Адсорбция 5.1. Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из раствора поверхностью твердого тела – адсорбента. Равновесная концентрация поглощенного вещества в адсорбенте (кг вещества / кг адсорбента) X* является функцией концентрации этого вещества в растворе c и температуры T. Зависимость X* = (c)T=const при постоянной температуре называется изотермой адсорбции.


Наиболее известной изотермой адсорбции является уравнение Лэнгмюра, описывающее монослойную физическую адсорбцию kc X = X0, (5.1) 1 + kc где X0 – предельная величина адсорбции, соответствующая мономолекулярному покрытию поверхности адсорбента адсорбированным веществом;

k – константа адсорбционного равновесия.

Изотерма Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) описывает многослойную физическую адсорбцию kc X = X0. (5.2) (1 c )[1 + (k 1)c] В этом уравнении c – безразмерная относительная концентрация, равная отношению концентрации адсорбирующегося вещества к концентрации его насыщенного раствора.

При конденсации адсорбирующегося вещества в микропорах адсорбента используется уравнение Дубинина T z exp B (ln c ), V X = X z (5.3) Vm где V0 – объем микропор;

Vm– объем адсорбированного вещества при монослойном покрытии поверхности;

B (R/Es)z – константа, связанная с характеристической энергией адсорбции стандартного вещества (бензола) Es;

T – температура, К;

– коэффициент афинности (сродства) адсорбируемого и стандартного веществ;

z – структурный фактор, зависящий от природы адсорбента и принимающий целочисленные значения от 1 до 6.

Величину адсорбции принято выражать степенью заполнения поверхности = X / X0. (5.4) Степень заполнения поверхности, также как и равновесная величина адсорбции * X, характеризуют статическую емкость адсорбента, т.е. максимально возможное количество адсорбированного вещества при достаточно большом времени контакта.

5.2. В динамических условиях, когда раствор непрерывно движется через неподвижный слой адсорбента, поглощение вещества начинается в первую очередь на начальном (фронтальном) участке адсорбента. Этот участок быстро насыщается и в слое адсорбента формируется фронт адсорбции. В дальнейшем фронт адсорбции движется через слой сорбента, не изменяя своего профиля, до момента проскока – выхода фронта за пределы слоя адсорбента. Количество поглощенного вещества до проскока характеризует динамическую емкость адсорбента.

Зависимость времени проскока пр от длины слоя адсорбента L описывается эмпирическим уравнением Шилова пр = kL 0, (5.5) где k – коэффициент защитного действия слоя;

0 – время формирования стационарного фронта адсорбции. Коэффициенты уравнения Шилова находят на основе опытных данных.

5.3. Эффективность адсорбционной очистки характеризуется фактором разделения R:

R = 1 c c0, (5.6) где c0 – начальная концентрация адсорбируемого вещества в растворе;

c – концентрация вещества в очищенном растворе.

Математическое выражение для расчета фактора разделения определяется видом изотермы адсорбции. В частном случае для изотермы Лэнгмюра:

R=. (5.7) 1 + kc Задача 5. При адсорбции антрацена коксовым углем из водного раствора в равновесных условиях получены следующие данные:

c, ммоль/дм3: 0,2 0,4 0,6 0, X*, ммоль/кг: 4,1 7,6 10,8 13, Определите константы уравнения Лэнгмюра и вычислите фактор разделения и степень заполнения поверхности для начальной концентрации c0 = 1 ммоль/дм3.

Решение. Представим уравнение изотермы Лэнгмюра (5.1) в линеаризованном виде, поменяв числитель и знаменатель в обеих частях уравнения местами и почленно разделив правую часть:

1 1 + kc ;

1 1 1 1.

= = + X 0 kc X 0k c X X X Полученное уравнение представляет прямую в координатах 1/c – 1/X*, отсекающую на оси ординат отрезок 1/X0, тангенс угла наклона которой равен 1/(X0k).

Преобразуем исходные данные к виду:

1/c, дм3 / ммоль 5,00 2,50 1,67 1, * 1/X, кг / ммоль 0,244 0,132 0,092 0, и построим график зависимости 1/X* = f(1/c) (рис.5.1). По графику определяем значения 1/X0 и 1/(X0k):

= 0,02 кг/ммоль X0 = = 50 ммоль/кг;

0, X 0,24 0, 1 k= = tg = = 0,045 кг/л = 0,444 л/ммоль.

5 1 50 0, X 0k Фактор разделения рассчитаем по формуле (5.7) R= = 0,69.

1 + 0,444 Рис.5.1. Определение констант изотермы Лэнгмюра Значение равновесной концентрации рассчитаем по уравнению (5.6) c = 1 Rc0 = 1 0,69 1 = 0,31 ммоль/дм.

Степень заполнения поверхности определим по формуле (5.1) с учетом уравнения (5.4) и найденного значения константы адсорбционного равновесия X 0,444 0, kc = = = = 0,121.

X 0 1 + kc 1 + 0,444 0, Контрольная задача 5а. При адсорбции о-крезола активированным углем из водного раствора в равновесных условиях получены данные, приведенные в табл. 5.1. (В левой части таблицы приведены значения равновесных концентраций c, в правой – соответствующие им значения адсорбции X*). Определите константы уравнения Лэнгмюра.

Контрольная задача 5б. Постройте графики зависимости фактора разделения и степени заполнения поверхности от концентрации в диапазоне от 0 до 10 ммоль/дм3.

Таблица 5. * Вари- Равновесная концентрация c, Вари- Адсорбция X, ммоль/дм ант ант ммоль/кг 0,19 0,32 0,53 0,75 0,6 0,9 1,4 2, 00 0,18 0,31 0,51 0,73 0,7 1,1 1,7 2, 10 0,17 0,30 0,49 0,71 0,9 1,3 2,0 2, 20 0,16 0,29 0,47 0,69 1,1 1,5 2,4 3, 30 0,15 0,28 0,45 0,67 1,3 1,8 2,8 3, 40 0,14 0,27 0,43 0,65 1,5 2,1 3,2 3, 50 0,13 0,26 0,41 0,63 1,7 2,4 3,6 4, 60 0,12 0,25 0,39 0,61 1,9 2,9 4,2 4, 70 0,11 0,24 0,37 0,59 2,2 3,4 4,8 5, 80 0,10 0,23 0,35 0,57 2,5 3,5 5,3 5, 90 Экстрагирование 6.1. Экстрагированием или экстракцией называют процесс извлечения одного или нескольких компонентов из смеси (исходного раствора, состоящего из первичного растворителя и извлекаемого вещества) с помощью несмешивающегося с ним селективного растворителя (экстрагента). В результате экстрагирования получают раствор, обедненный извлекаемым веществом (рафинат) и раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт).

В простейшем случае, экстракция протекает в двухфазной трехкомпонентной системе. Компонентами этой системы являются растворитель, из которого извлекается экстрагируемое вещество (применительно к очистке сточных вод таким растворителем является вода), экстрагент и экстрагируемое вещество. Одной из фаз является раствор экстрагируемого вещества в воде, другой – раствор экстрагируемого вещества в экстрагенте.

При одноступенчатой экстракции исходный раствор F, состоящий из первичного растворителя W и распределяемого вещества B, вводят в контакт с экстрагентом S.

Экстрагирование проводят в аппаратах периодического действия с мешалками, обеспечивающими интенсивное диспергирование и перемешивание фаз. Время контакта фаз достаточно для достижения концентраций, близких к равновесным. По окончании перемешивания эмульсию сливают в отстойник, где происходит ее разделение на рафинат R и экстракт Е.

6.2. Состояние равновесия фаз характеризуется изотермой распределения или изотермой экстракции y* = kx, (6.1.) где x – массовая доля распределяемого компонента в фазе рафината (кг вещества/кг растворителя);

y* – равновесная массовая доля этого же вещества в фазе экстракта (кг вещества/кг экстрагента);

k – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом распределения.

В частном случае при отсутствии диссоциации или ассоциации молекул экстрагируемого вещества в обеих фазах коэффициент распределения можно считать величиной постоянной при данной температуре.

Если взаимной растворимостью Рис.6.1. Схема и рабочая линия первичного растворителя и экстрагента одноступенчатой экстракции можно пренебречь, то зависимость y* = kx может быть выражена графически на прямоугольной диаграмме в координатах x – y. В общем случае эта зависимость нелинейная (рис. 6.1).

6.3. Материальный баланс по распределяемому веществу описывается уравнением wxн + syн = wxк + syк, (6.2) где w и s – массовые расходы первичного растворителя и экстрагента, соответственно (кг);

xн и xк – массовые доли извлекаемого вещества в исходном растворе и рафинате;

yн и yк – массовые доли извлекаемого вещества в экстрагенте и экстракте. Для чистого экстрагента yн = 0.

6.4. Зависимость y = f(x) называется рабочей линией процесса экстрагирования и на диаграмме (рис. 6.1.) отображается отрезком прямой, начальная точка которого имеет координаты: x = xн и y = yн. Из материального баланса (6.2) при yн = 0 следует w w y= x + xн, (6.3) s s т.е. тангенс угла наклона рабочей линии отрицателен и равен –w/s. Если в результате экстрагирования достигается равновесие фаз, то конечная точка рабочей линии находится на линии равновесия и имеет координаты: x = xк и y = y*.

6.5. Степень извлечения экстрагируемого вещества Ф определяется как отношение количества извлеченного вещества к количеству этого вещества в исходном растворе. Для одноступенчатой экстракции s k w=z, Ф= (6.4) s 1+ z 1+ k w где z ks/w – экстракционный фактор.

Задача 6. При однократной экстракции 100 кг водного раствора хлорида алюминия (AlCl3)с концентрацией 3,7 мас. % 60 кг четыреххлористого углерода (CCl4)получен рафинат с концентрацией 1,6 мас. %. Вычислите коэффициент распределения, степень извлечения и экстракционный фактор.

Решение. Исходный раствор содержит 100·0,037 = 3,7 кг хлорида алюминия и 100(1 - 0,037) = 96,3 кг воды. Массовая доля AlCl3 в исходном растворе равна xн = 3,7/96,3 = 0,0384 кг AlCl3 / кг воды.

Рафинат содержит 96,3 кг воды и неизвестное количество g хлорида алюминия.

Значение g может быть найдено из соотношения 96,3 0, g = 0,016 g= = 1,566 кг.

96,3 + g 1 0, Концентрация рафината равна x* = 1,566/96,3 = 0,0163 кг AlCl3 / кг воды.

Количество хлорида алюминия, перешедшего из раствора в экстракт, составляет 3,7 - 1,563 = 2,137 кг. Концентрация экстракта равна y* =2,137/60 = 0,0356 кг AlCl3 / кг CCl4.

Коэффициент распределения вычислим по формуле (6.1) k = y*/x* = 0,0356/0,0163 = 2,18.


Экстракционный фактор равен z = ks/w = 2,18·60/96,3 =1,35.

Степень извлечения рассчитываем по формуле (6.4) Ф = z/(1 + z) = 1,35/(1 + 1,35) = 0,574.

Контрольная задача 6а. При однократной экстракции mw кг водного раствора хлорида алюминия с концентрацией cw мас. % ms кг четыреххлористого углерода получен рафинат с концентрацией cr мас. % (табл. 6.1). Вычислите коэффициент распределения, степень извлечения и экстракционный фактор. Постройте рабочую линию процесса.

Таблица 6. Вариант mw, кг cw, мас.% Вариант ms, кг cr, мас.% 85 5,0 45 1, 00 95 4,8 50 1, 10 110 4,6 55 1, 20 120 4,4 60 1, 30 125 4,2 65 1, 40 130 3,8 70 1, 50 140 3,6 75 1, 60 1, 150 3,4 80 155 3,2 85 1, 80 160 3,0 90 1, 90 Контрольная задача 6б. Вычислите степень извлечения хлорида алюминия при трехступенчатой экстракции с перекрестными потоками. Расход экстрагента на каждой ступени равен 1/3 ms кг. Постройте рабочую линию процесса, считая коэффициент распределения постоянной величиной.

2.9.ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ: ОПЫТ РАЗВИТЫХ СТРАН И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ РОССИИ (РОЛЕВАЯ ИГРА) Абстракт. Постоянное увеличение количества отходов, образующихся в процессе производства и жизнедеятельности людей, актуализирует проблему управления ими как на уровне государства и предприятия, так и на уровне отдельных домохозяйств. Опыт зарубежных стран в этой области, включая разработку законодательной базы и системы стандартов, развитых экономических механизмов, форм вовлечения и мотивации предпринимателей и населения, может представлять значительный научный и практический интерес для России.

Изучение данных проблем можно организовать в форме ролевой игры.

Задачами ролевой игры являются:

• усвоение материала по современной классификации отходов и передовым методам управления ими, применяемым в различных странах;

• выявление условий, создающих стимулы или принуждающих к подобного рода деятельности;

• анализ существующей в России системы управления отходами;

• выработка предложений по ее улучшению с учетом зарубежного опыта.

Участники ролевой игры: участники семинара «Международный опыт внедрения и развития многоуровневых систем управления отходами».

Структура ролевой игры:

1. Общая информация о международном семинаре – ролевой игре.

2. Базовые понятия для дискуссии.

3. Управление промышленными и бытовыми отходами: система стимулов и наказаний.

4. Эффективное обращение с отходами – ключевые факторы успеха.

Ключевые термины: отходы, управление отходами, обращение с отходами, рециклирование, размещение (депонирование) отходов, классификация отходов, директивы ЕС, инструменты управления отходами, логистика устранения отходов, «Зеленый пункт – Дуальная система Германии», «дозенпфанд».

1. Общая информация о международном семинаре – ролевой игре В г. Маннхайме (Германия) проходил интернациональный семинар, организованный при сотрудничестве одного из немецких фондов с акционерным обществом Der Grne Punkt – Duales System Deutschland.

Тема семинара «Международный опыт внедрения и развития многоуровневых систем управления отходами».

Участниками семинара являлись: финансовый менеджер Duales System Deutschland, представители ряда западных компаний, внешний аудитор Евросоюза, экологический эксперт правительства Германии, специалист-правовед в области обращения с отходами, а также студенты университетов России, Германии, Англии, Франции, Португалии, Испании и ряда других стран, занимающихся проблемами охраны окружающей среды.

Цель семинара заключалась в ознакомлении участников с практическим опытом внедрения систем управления отходами в различных странах и выработка рекомендаций для стран, проводящих рыночные реформы.

Для проведения ролевой игры студентам необходимо в соответствии с распределением ролей самостоятельно подготовить по теме материалы, необходимые для квалифицированного участия в обсуждении. Все тексты, вложенные «в уста» участников, являются лишь отправными. Кроме этого, студенты должны знать следующие законы и нормативные документы:

1. Конституцию России 2. Закон об охране окружающей среды 3. Закон об отходах производства и потребления 2. Базовые понятия для дискуссии Председатель семинара или ведущий игры (после короткого представления участников).

Наша интернациональная группа собралась здесь, чтобы обсудить проблемы, связанные с мероприятиями в области управления промышленными и бытовыми отходами, реализуемыми в странах, представители которых здесь присутствуют. В ходе этого обсуждения не обойдется без оценок опыта различных стран, его сравнения, учета мнений представителей приглашенных фирм, выявления узких мест нерешенных, так же как и решенных, проблем.

Для успешного достижения поставленных на семинаре целей каждый из участников обсуждения должен сформировать четкое представление о том, что именно понимается под такими часто употребляемыми понятиями, как «управление отходами», «переработка», «утилизация», «рециклирование отходов», «обращение с отходами», «классификация отходов» и др.

В связи с этим предоставим слово прежде всего специалисту-правоведу в области обращения с отходами.

Специалист-правовед. Благодарю Вас и с удовольствием напомню всем присутствующим содержание базовых для нашей дискуссии понятий. Начнем с понятия «отходы».

Отходы (производства и потребления) представляют собой остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, а также вновь образующиеся в процессе производства попутные вещества, не находящие применения.

Отходы потребления (бытовые отходы) – отходы, образовавшиеся в результате жизнедеятельности населения в быту и личном подсобном хозяйстве (приготовление пищи, упаковка товаров, ремонт жилых помещений, крупногабаритные предметы домашнего обихода и др.). Отходы потребления делятся на твердые бытовые (ТБО) и образующиеся в результате жизнедеятельности людей жидкие отходы (стоки).

Опасные отходы – отходы, которые либо содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами пожароопасностью, (токсичностью, взрывоопасностью, высокой реакционной способностью), содержат возбудителей инфекционных болезней, могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей природной среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами.

Управление отходами включает в себя мероприятия по обращению с отходами, а также мероприятия по предупреждению их образования.

Обращение с отходами – деятельность в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению отходов.

Рециклирование – оборотное и повторное использование, рекуперация отходов производства и потребления, материалов, реагентов, воды, энергии.

Размещение (депонирование) отходов – хранение и захоронение отходов.

Хранение отходов – содержание отходов в объектах размещения отходов в целях их последующего захоронения, обезвреживания или использования.

Захоронение отходов – изоляция отходов, не подлежащих дальнейшему использованию, в специальных сооружениях в целях предотвращения попадания вредных веществ в окружающую природную среду.

Использование отходов – применение отходов для производства товаров (продукции), выполнения работ, оказания услуг или для получения энергии.

Обезвреживание отходов – обработка отходов, в том числе сжигание и обеззараживание отходов на специализированных установках, в целях предотвращения вредного воздействия отходов на здоровье человека и окружающую природную среду.

Объект размещения отходов - специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (санкционированная свалка, полигон, шламохранилище, хвостохранилище, другое).

Лимит на размещение отходов – предельно допустимое количество отходов конкретного вида, которые разрешается размещать определенным способом на установленный срок в объектах размещения отходов с учетом экологической обстановки на данной территории.

Норматив образования отходов – установленное количество отходов конкретного вида при производстве единицы продукции.

Паспорт опасных отходов – документ, удостоверяющий принадлежность отходов к отходам соответствующего вида и класса опасности, содержащий сведения об их составе.

Вид отходов – совокупность отходов, которые имеют общие признаки в соответствии с системой классификации отходов.

Председатель семинара. Благодарим Вас за столь полную информацию. Однако к предмету нашего обсуждения также относится проблема классификации отходов.

Пожалуйста, кто из студентов осветит данный вопрос?

Российский студент Петров.

Классификация твердых отходов в России проводится с использованием ряда принципов.

Различают отходы производства и потребления.

Под отходами производства понимается та часть сырья, материалов и полуфабрикатов, которая не вошла в состав основной и побочной продукции предприятия.

Под отходами потребления понимается часть изделий и материалов, которая независимо от причин непригодна к непосредственному использованию по прямому или иному назначению.

Также различают отходы утилизируемые (для которых существуют технологические, экономические и экологические предпосылки их переработки в изделия) и не утилизируемые (для которых подобные предпосылки отсутствуют). Утилизируемые отходы производства и потребления объединены в класс вторичных материальных ресурсов. Вторичные ресурсы удобно классифицировать по источнику образования и направлению использования.

В России в соответствии с ГОСТ 12.1007—76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования» отходы классифицируются по степени опасности для здоровья человека и их влияния на окружающую среду на 4 класса опасности: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. Принадлежность к тому или ино му классу опасности определяется расчетным путем.

В странах ЕС принято деление отходов на 14 категорий опасности для человека и риска для окружающей среды. Ими являются следующие: 1) взрывоопасные, 2) окислители, 3) — а) — отходы с высокой степенью воспламеняемости, Ь) — воспламеняемые, 4) раздражающие, 5) вредные, 6) токсичные, 7) канцерогенные, 8) коррозиоактив-ные, 9) инфекционные, 10) тератогенные (повреждающие зародыши — эмбрионотоксичные), 11) мутагенные (вызывающие наследственные изменения), 12) выделяющие токсичные газы при контакте с водой, 13) выделяющие опасные вещества, 14) экотоксичные. По агрегатному состоянию отходы делятся на газообразные, жидкие и твердые.

Отходы также классифицируют по: отраслям производства (например, отходы горнодобывающей, металлургической, химической, текстильной промышленности);

по отдельным производствам (отходы сернокислотного, прядильного и других производств);

по тоннажности (мало- или многотоннажные);

способности к переработке (плавкие или неплавкие), показателям экономичности переработки;

степени несмешиваемости (однородные, комбинированные, например строительный мусор);

горючести и по ряду других характеристик.

Основным направлением снижения объемов образования отходов является разработка и применение на практике ресурсосберегающих технологий. Примерами использования различных ресурсосберегающих технологий в горнодобывающей промышленности могут служить химические, физико-химические и биологические процессы обогащения руд, которые позволяют извлечь из них практически весь полезный продукт.

Несмотря на увеличение числа ресурсосберегающих технологий, роль и значение промышленности вторичных ресурсов постоянно возрастает. В определенном смысле эта отрасль компенсирует недостатки технологических процессов, которые не позволяют комплексно использовать все сырье. В идеальном варианте добыча ископаемого сырья для промышленности должна проводиться лишь в объемах, обеспечивающих прирост потребностей в промышленной продукции и компенсацию трудно устраняемых потерь (например, тепловых выбросов в атмосферу, поступление вредных веществ в водоемы с очищенными стоками и т. п.).

Важность проблемы переработки отходов сегодня понимается в большинстве стран. И доля утилизированных отходов достигает значимых величин, хотя и заметно разнится в зависимости от вида отходов и налаженной технологии их переработки.

Утилизация твердых отходов представляет собой процесс более сложный, по сравнению с другими технологическими процессами, из-за неоднородного и нестабильного состава отходов, играющих в данном случае роль исходного сырья. Поэтому важнейшей стадией технологического процесса утилизации является предварительная подготовка отходов. Для этого их либо разделяют на компоненты путем очистки, обогащения, извлечения особо ценных составляющих и т. п., либо обрабатывают для придания особого вида, обеспечивающего возможность последующей переработки.

4. Управление промышленными и бытовыми отходами:

система стимулов и наказаний Председатель семинара. Благодарю вас. А теперь перейдем к собственно обсуждению. Начать наш семинар хочется с обозначения ключевых факторов, стимулирующих или принуждающих предприятия и домохозяйства обратить особое внимание на проблему управления промышленными и бытовыми отходами. Среди них можно отметить законодательные нормы и предписания, требования общественности (например, партий «зеленых»), возможность создания имиджа экологически ответственного предприятия, что сопровождается установлением более доверительных отношений с органами экологического управления, местным населением, СМИ и т. п.

Однако изначальным «мотиватором» экологически ориентированной деятельности экономических субъектов являются требования со стороны официальных властных структур (как национальных, так и межнациональных, например в рамках ЕС) в виде законов, стандартов, предписаний и контроль за их исполнением, а также «прессинг» со стороны неправительственных организаций. Право выступить на эту тему предос тавляется приглашенному внешнему аудитору — экологическому эксперту Евросоюза, который проводит проверки предприятий перед их вхождением в Единую европейскую систему экологического менеджмента и аудита (EMAS).

Экологический эксперт ЕС. Тема моего выступления такова: «Законодательные нормы и предписания в области управления отходами на межнациональном и национальном уровнях».

Властные структуры, образующиеся как на уровне национальных экономик развитых стран, так и в рамках ЕС, имеют целью оказать воздействия на те отрасли, которые наиболее серьезно влияют на состояние окружающей среды. Экологическое законодательство подразумевает создание правовой базы, которая стимулировала бы компании осуществлять системы устойчивого природопользования и применять экологически безопасные технологии. На формирование национальной экологической политики стран — членов ЕС непосредственное влияние также оказывают международные принципы охраны окружающей среды (00(7) и предписания (или директивы) Евросоюза. Таким образом, создается плотная сеть законов и предписаний, целью которых является всестороннее регулирование вопросов ООС. Что касается собственно проблемы управления индустриальными и бытовыми отходами, то основным предписанием в этой области является Директива 75/442 Договора Европейского Союза (EG- Vertrag) от 25.07.1975 с внесенными изменениями на сегодняшний день.

Для стран — членов ЕС охрана окружающей среды как общая стратегическая задача была впервые декларирована в 1987 г. в «Едином Европейском Акте». В 1989 г.

была создана Экологическая комиссия Европейского Союза, а в 1991 г. — Генеральная дирекция по экологической политике с представительством в Брюсселе. На уровне ЕС ус танавливаются квоты допустимых норм эмиссии вредных веществ (или отходов), принимаются законодательные нормы в ООС. При этом оговаривается следующее:

1) каждый член Евросоюза самостоятельно проводит внутри страны политику ООС;

2) в соответствии с принципом субсидарности ЕС не вмешивается во внутреннюю эко логическую политику страны — члена ЕС до тех пор, пока ею самой достигается выполнение предписанных норм и квот;

3) все страны исходят из необходимости соблюдения принципа «загрязнитель платит»;

4) в области устранения отходов ЕС ориентируется на проект Германского закона об отходах (5 ст.);

5) возможно введение ограничений на экспорт отходов.

Председатель семинара. Не могли бы вы сконцентрировать внимание именно на проблеме отходов?

Экологический эксперт ЕС. Да, разумеется. Европейский Парламент и Совет приняли 20 декабря 1994 г. правовое направление «Об упаковке и упаковочных отходах»

(94/62/EG), целью которого является гармонизация мер государств-членов в области упаковочных отходов. Согласно праву ЕС, в отношении отходов существует следующая иерархия принципов: 1) избегание появления отходов, 2) переработка и вторичное их использование, 3) уничтожение с учетом интересов окружающей среды.

Цели, которые предполагалось осуществить были следующими: использование от 50 до 65% по весу всех упаковочных отходов (энергетически или в качестве вторичных материалов). При этом от 25 до 45%по весу упаковочных материалов, содержащихся в отходах, и минимум 15% каждого отдельного материала должны быть использованы вторично.

Особого внимания в рамках ЕС заслуживает опыт Германии, где на сегодняшний день создан один из наиболее отработанных механизмов управления отходами. Он предусматривает такие методы регулирования общей массы отходов, как раздельный сбор, вторичное использование в производстве / потреблении (рециклирование), размещение на специально отведенных полигонах (депонирование) и устранение оставшейся части отходов. Закон об отходах в Германии был принят в 1972 г. Он регулировал вопросы, касающиеся функций хозяйствующих субъектов по сбору, транспортировке, складированию и дальнейшему хранению отходов, а также обязанности государственных органов по их устранению. Появление в 1986 г. ст. 4 закона «Об избежании и устранении отходов»

ознаменовало собой переход к политике, направленной на избежание возникновения отходов. Устраняться же должны были лишь те отходы, возникновения которых не удалось избежать. В 1993 г. ст. 5 закона «О цикличной экономике и промышленных отходах»

дополнила существующую стратегию необходимостью рециклирования части отходов, кото рых не удалось избежать, но которые вместе с тем не имеет смысла сжигать или депонировать. Организации в сфере бизнеса в основном концентрируют усилия на вопросах соответствия результатов деятельности законодательным нормам, а также на поиске возможностей снижения издержек производства, обусловленных проведением необходимых природоохранных мероприятий.

Председатель семинара. Если есть какие-то вопросы по данному докладу, вы можете их задать.

Аспирант из Великобритании. Таким образом, получается, что все проводимые на предприятии меры по снижению количества образующихся в процессе производства побочных продуктов являются вынужденными? То есть само по себе предприятие вряд ли стало бы заниматься такого рода проблемами, не будь столь мощного принудительного факто ра, как закон;

для предприятия же это своего рода «прискорбная необходимость», вызывающая увеличение производственных издержек?

Таблица Цели и реальные доли употребления упаковочных материалов в качестве вторичных, % Бумага Металлы Стекло Искусственные и картон материалы Цели 15 15 15 Австрия 84 38 80 Бельгия 83 66 66 Дания 58 40 75 Финляндия 57 16 62 Франция 61 45 45 Германия 90 83 86 Италия 37 7 37 Люксембург 39 11 80 Нидерланды 70 79 85 Испания 52 22 37 Швеция 68 31 84 Великобритания 47 23 23 Экологический эксперт ЕС.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.