--PAGE_BREAK--1.1. Химическое загрязнение природных вод
Среди загрязнения различных видов окружающей среды, химическое загрязнение природных вод имеет особое значение. Достаточно сказать, что без воды человек живет считанные часы. Поэтому рассмотрим подробнее химическое загрязнение природных вод. Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ — загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).
1.2. Неорганическое загрязнение
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен на рисунке 2:
Степень токсичности (примечание):
0 — отсутствует;
1 — очень слабая;
2 — слабая;
3 — сильная;
4 — очень сильная.
Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 — 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 — 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 16 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
1.3. Органическое загрязнение
Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки.Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год.Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов.Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде.Поверхностноактивные вещества — жиры, масла, смазочные материалы- образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена на рисунке
3
.
В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.
продолжение
--PAGE_BREAK--1.4. Вывод
Охрана природы, и водных ресурсов в частности, — задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей водной среде, но до сих пор многие из нас считают ее неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справится со всеми выявившимися затруднениями. Однако воздействие человека на водную среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к водной среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого Природе Человеком. Именно разработке, расчету и внедрению современных, надежных и высокоэффективных методов очистки сточных вод и посвещана данная курсовая работа.
--PAGE_BREAK-- 3. ИСТОЧНИКИ И ВИДЫ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ДАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Согласно условию в цехе образуются 250 м
3
сточных вод, при следующей концентрации загрязняющих веществ (в мг/л):
1.рН 9,5
2.Взвешенные вещества 100
3.Хлориды 40
4.Сульфаты 80
5.Цианиды 10
6.Медь 40
7.Цинк 7,5
8.Железо 30
Для нужд технологии очистки сточных вод гальвано-технологические операции чаще всего классифицируют, исходя из реакций и химического состава электролитов, служащих источником образования сточных вод. Гальванические операции делятся на 3 группы в соответствии с 3 видами сточных вод:
1.Операции, при которых образуются растворы или промывные воды, содержащие цианистые соединения: к ним относятся основные процессы электрохимического выделения металла из их цианистых солей (цинкование, кадмирование, меднение, серебрение), а также операции промывки после этих растворов.
2.Операции, при которых растворы или промывные воды содержат хромистые соединения: к ним относятся процессы хромирования, хромистой пассивации и операции промывки после этих растворов.
3.Операции, при которых растворы и промывные воды не содержат упомянутых соединений: к ним относятся некоторые вспомогательные работы (обезжиривание, травление), основные процессы и отделочные работы.
Исходя из приведенной классификации наши сточные воды, анализируя их состав, можно отнести к цианистым сточным водам.
Чтобы определить источники загрязнения сточных вод разделим все сточные воды на концентрированные и разбавленные.Под концентрированными сточными водами будем понимать отработанные технологические растворы ванн или промывные воды отдельной технологической операции с высокой концентрацией загрязнителей.Эти воды образуются периодически, при смене отработанных технологических растворов на свежие.Под разбавленными сточными водами будем понимать воды, которые образуются при межоперационной промывке, проводимой с целью сохранения химического состава и чистоты электролитических растворов, применяемых в отдельных операциях.
Т.о. существует 2 источника загрязнителей: отработанные электролиты и промывные воды.
--PAGE_BREAK-- 5.СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ВЫБОР МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И СИСТЕМЫ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ.ОПИСАНИЕ ВЫБРАННОГО КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ
5.1. Химические методы очистки сточных вод
Химические методы очистки сточных вод гальванических отделений основаны на применении химических реакций, в результате которых загрязнения, содержащиеся в сточных водах, превращаются в соединения, безопасные для потребителя, или легко выделяются в виде осадков.
Среди известных методов химической нейтрализации сточных вод, содержащих цианистые соединения, техническое применение нашли лишь немногие.
Самый старый метод основан на выделении ионов CN
-
в виде труднорастворимой комплексной соли, образующейся в основной среде в присутствии ионов Fe
2+
.
В зависимости от условий в которых протекают эти реакции, возникает осадок берлинской лазури Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
или турнбулевой сини Fe
3
[Fe(CN)
3
]
2
.Качественное удаление ионов из сточных вод с помощью этого метода возможно лишь в случае очень точной выдержки всех установленных условий реакции и в особенности pH, реакционной среды.
Применяемый метод удаления цианистых соединений из сточных вод базируется на их окислении хлором (либо гипохлоритом) в основной среде.Наиболее часто здесь применяют гипохлорит натрия, хлорную известь и газообразный хлор.Соединения эти в основной среде гидролизуются с получением ионов ClO
-
, которые с цианидами реагируют в соответствии с реакцией:
CN
-
+ HOCl = CNCl + OH
-
; (a)
CNCl + 2OH
-
= CNO
-
+ Сl
-
+ H
2
O. (б)
Реакция окисления цианидов до цианатов протекает в 2 стадии, сначала образуется хлорциан, который затем гидролизуется до хлорцианатов.
Т.к. хлорциан является сильно отравляющим газом, то в реакционной среде необходимо иметь такие условия, чтобы скорость реакции (б) была бы больше скорости реакции (а).Такие условия наблюдаются в том случае, когда концентрация цианидов в сточных водах меньше 1 г/л, t сточных вод 8,5. Из исследований скорости гидролиза хлорциана следует, что она значительно зависит от реакции среды:
рН реакц.среды 8 9 10 11 12
Прод.гидрол.СNCl, ч 20 12 4 1 0,25
Установлено, что расход гипохлорида при окислении цианидов до цианатов также зависит от рН реакционной среды.При рН равном 8,5, его расходуется на 35-80% больше, чем это следует из расчетов, a при рН = 11 — на 10% больше.Это связано с расходом гипохлорита на дальнейшее окисление части цианидов до двуокиси углерода и азота:
2CNO
-
+ OCl
-
+ H
2
O = 2OH
-
+ Cl
-
+ 2CO
2
+ N
2
.
На кинетику этой реакции заметное влияние оказывает концентрация окислителя (гипохлорит) и рН реакционной среды.При рН > 10 скорость ее так мала, что после 24 ч только незначительная часть цианатов подвергается дальнейшему окислению.В этих условиях значительное ускорение реакции достигается только при многократном повышении содержании гипохлорита, что на практике невозможно, т.к. высокая концентрация активного хлора в сточных водах недопустима и требует мер по его удалению.
При снижении рН до 7,5-8,5 при небольшом избытке гипохлорита (10%) реакция окисления цианидов заканчивается в течение 10-15 минут.
Теоретический расход окислителя, выраженный массой активного хлора, идущего на окисление 1 г ионов CN-, образуемых при диссоциации простых цианидов до цианатов, достигает 2,84 г, а при окислении до СО2 и N2 — 6,2 г. Т.к. в цианистых сточных водах содержатся также комплексные цианиды различных металлов, то для окисления 1 г СN применяют следующее количество хлора:
до цианатов — 3,3 г Cl; до СО
2
и N
2
— 8,5 г Cl.
Несмотря на то, что цианаты в 1000 раз менее токсичны по сравнению с цианидами, все же они требуют дальнейшей нейтрализации, которая может протекать вышеприведенным способом до СО2 и N
2
, либо путем их гидролиза до солей аммония по реакции
CNO
-
+ 2H
2
O +2H
+
= NH
+
4
+ H
2
CO
3
.
При рН
Гипохлоритный метод окисления цианидов до цианатов применяют при очистке обычных сточных вод гальванических отделений, в которых концентрация цианидов (в пересчете на ионы СN) не превышает 100-200 мг/л.Сточные воды с более высокой концентрацией цианидов (отработанные электролиты) требуют соответствующего разбавления, или др. методов очистки из-за опасности выделения очень ядовитого цианида хлора.
На практике нейтрализацию цианистых сточных вод проводят периодическим или непрерывным методом.Однако существует тенденция к установке, даже в небольших гальванических отделениях, автоматических проточных устройств. Независимо от способа накопления сточных вод в устройствах повсеместно применяемый способ их очистки основан на окислении цианидов до цианатов при рН=10-11 и дальнейшем их окислении до СО
2
и N
2
при рН = 7,5-8,5, либо гидролизе до солей аммония при рН
Процесс очистки цианистых сточных вод не заканчивается их нейтрализацией содержащихся в них цианистых соединений, т.к. в них еще остаются для удаления соединения тяжелых металлов (цинка, меди, кадмия и др.).Когда сточные воды окисляют методом полного окисления цианидов, то в следующей стадии процесса (окисление цианатов до СО
2
и N
2
) coздаются благоприятные условия для полного выделения гидроокиси металлов в виде взвеси.При проведении же процесса гидролиза цианатов до солей аммония в кислой среде необходима добавочная нейтрализация кислот, содержащихся в сточных водах для создания условий, благоприятствующих образованию и выделению взвеси гидроокиси металлов.
Т.к. в полнопрофильных гальванических отделениях образуются также и остальные 2 группы сточных вод (хромовых и кислых с основными), то индивидуальное выделение и удаление взвеси тяжелых металлов из цианистых сточных вод не применяют (после нейтрализации цианистых соединений).Такую операцию проводят на смешанных сточных водах.Наиболее часто применяют обработку цианистых сточных вод методом гидролиза, чем их окисление до СО
2
и N
2
.Такой метод более простой и дешевле в эксплуатации.
Конец реакции окисления цианидов до цианатов можно установить определением содержания цианидов аналитическим способом.Практически было установлено, что выдержка в течение 15 мин избытка активного хлора (5-15 мг/л) в сточных водах при рН равном 10,5-11 определяет окончание реакции окисления цианидов.
Вышеописанный метод (реагентный) в настоящее время получил наибольшее распространение в отечественной практике обезвреживания сточных вод гальванических цехов.Основное его достоинство — крайне низкая чувствительность к исходному содержанию загрязнений, а основной недостаток — высокое остаточное солесодержание очищенной воды.Последнее вызывает необходимость в доочистке.
Среди методов очистки сточных вод гальванических цехов, имеющих промышленное значение, кроме уже упомянутых химических методов, внимания заслуживают ионные и электрохимические методы.Каждый из этих методов имеет свои недостатки и преимущества, тем не менее они являются несомненно более современными по сравнению с классическим химическим методом.Основное преимущество — нейтрализация концентрированных сточных вод, получение ценных электролитов и чистой воды, пригодной для повторного использования.С помощью таких методов возможно создание в гальваническом цехе замкнутой системы циркуляции технологической воды и почти полное устранение необходимого слива сточных вод в канализационную систему.
продолжение
--PAGE_BREAK--5.2. Электрохимические методы
Применение электрохимических процессов целесообразно для окисления цианидов, очистки растворов хром. кислоты, повышение концентрации и преобразование электролитов, деминерализации растворов.
В процессе электролиза сточных вод, содержащих цианистые соединения, на аноде происходит окисление ионов CN
-
, а также комплексных ионов, например, [Cu(CN)
3
]
2-
, [Zn(CN)
4
]
2-
и др. по реакции:
CN
-
+ 2OH
-
— 2e
-
= CNO
-
+ H
2
O,
[Cu(CN)
3
]
2-
+ 6OH
-
— 7e
-
= Cu
2+
+ 3CNO
-
+ 3H
2
O,
[Zn(CN)
4
]
2-
+ 8OH
-
— 8e
-
= Zn
2+
+ 4CNO
-
+ 4H
2
O,
а на катоде наступает разрядка и выделение катионов металла.
Образующиеся в приведенных реакциях ионы цианата по мере повышения их концентрации окисляются на аноде до СО
2
и N
2
по реакции:
2CNO
-
+ 4OH
-
— 6e
-
= 2CO
2
+ N
2
+ 2H
2
O.
Taк как реакционная среда основная, то на аноде протекает следующая реакция:
4ОН
-
— 4е
-
= О
2
+ 2Н
2
О.
Если в реакционной среде находятся еще и ионы хлорида, которые ускоряют и облегчают процесс анодного окисления цианидов, то на аноде и вблизи него протекают добавочные реакции:
2Cl
-
— 2e
-
= 2Cl; 2Cl = Cl
2
;
CN
-
+ 2Cl + 2OH
-
= CNO
-
+ 2Cl
-
+ H
2
O;
2CNO
-
+6Cl + 4OH
-
= 2CO
2
+ N
2
+ 6Cl
-
+ 2H
2
O;
2[Cu(CN)
3
]
2-
+ 14Cl + 12OH
-
= 2Cu
2+
+ 6CNO
-
+ 14Cl
-
+ 6H
2
O.
Введение хлоридных ионов в реакционную среду приводит к значительному ускорению окисления цианидов с одновременным повышением выхода по току процесса больше чем на 100 % (в среднем с 35 до 80 %) при одновременном снижении расхода электроэнергии на 30 %.
Это приписывают повышению проводимости электролита и активному участию в реакции окисления цианидов атомарного хлора, образующего в процессе разложения хлоридного иона на аноде.
Установлено также, что лучшие результаты получаются при электрохимическом окислении очень концентрированных растворов цианидов, а не их разбавленных растворов. Процесс электрохимического окисления цианидов протекает при следующих условиях: рН>11; концентрация хлоридов не должна превышать концентрацию цианидов больше чем в 5 раз; принимают на 1г СN — 10г NaCl; аноды должны быть сделаны из графита, а катоды из кислотоупорной стали, анодная плотность тока должна быть 0,001 А/см
2
(ток постоянный); сточные воды должны перемешиваться сжатым воздухом.В этих условиях достигается выход по току 80 %, а расход электроэнергии на окисление 1г CN - от 0,007 до 0,01 кВт в час.
Сравнительный анализ стоимости очистки цианистых сточных вод химическим и электрохимическим методом отдает предпочтение электрохимическому методу, т.к. он прост в применении, а также не требует строительства сложных устройств, типичных для химического метода.
Кроме того, для электрохимических способов характерны существенное сокращение расхода химикатов и меньшая потребность в производственных площадях.В результате низкого солесодержания очищенного стока снижаются и последующие затраты на доочистку стока с целью повторного использования воды.
продолжение
--PAGE_BREAK--5.3. Ионообменный метод
Гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция - это процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (для нашего случая это медь и цинк), очищать воду до ПДК с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.
Принципиальная схема установки для очистки сточных вод гальванического производства показана на рис.5.1
Цианистые стоки из емкости 1 для усреднения состава и частичного отделения механических примесей направляются в усреднитель 8.Из аппарата 8 стоки насосом подаются в песчано — гравийный фильтр 2 для очистки от механических примесей.Скорость движения жидкости, отнесенная к поперечному сечению фильтра, 5-7 м/ч.Следующая ступень — очистка активированным углем в аппарате 3 от маслопродуктов, ПАВ, биологических примесей и т.д.Отфильтрованная вода направляется в катионообменник 4, заполненный смолой КУ-2, КУ-8 или КУ-23 в водородной форме. Линейная скорость движения жидкости в этом аппарате достигает 10-20 м/ч. По достижении на выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг
.
экв/л катионит подвергается регенерации.Освобожденная от катионов вода поступает в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит регенерируют.
Сточные воды направляются на производство (в систему оборотного водоснабжения), а промывные — в сборники концентратов для химического обезвреживания и, в нашем случаи, для извлечения меди и цинка.
2 3 4 5 6
1
8
7 7 7
4 — катионообменник
5,6 — анионообменники
7 — сборник чистой воды для промывки колонн
8 — усреднитель
Рис.5.1 Схема ионообменной установки для очистки цианистых
сточных вод
Главный недостаток технологии ионного обмена состоит в том, что для выделения из воды элементов или солей необходимы регенерирующие кислоты или щелочи, которые впоследствии в виде солей поступают в окружающую среду, вызывая вторичное загрязнение последней.
продолжение
--PAGE_BREAK--5.4. Другие методы очистки
К числу таких методов можно отнести следующие 2 метода — термическое обезвреживание и мембранная технология, которые позволяют получить высококачественную воду и несомненно получат более широкое распространение в будущем.
Термическое обезвреживание сточных вод гальванических цехов включает 2 стадии: предварительное концентрирование и огневое обезвреживание концентрата (шлама).
Целью 1 стадии является возврат части воды в производство.Применяемые в основном процессы упаривания и сушки лимитируются необходимостью учета возможности образования отложений на поверхности теплообмена, коррозии оборудования и загрязнения атмосферы вредными газообразными выбросами.
Огневое обезвреживание концентрата осуществляется в высокотемпературных печах, топках котлоагрегатов.Так, цианосодержащие стоки и шламы сжигают в трубчатых, вращающихся и циклонных печах, в кипящем слое, либо в печах с загрузкой катализатора.При этом цианиды полностью окисляются, а связанные с ним металлы, выделяются в виде окислов или чистых металлов.Каталитическое окисление снижает рабочую температуру процесса и, следовательно, расход топлива.
Мембранная же технология основана на применении мембран, которые способны задерживать практически все многовалентные катионы, задерживая 50-70 % примесей.Поэтому их применение для очистки промывных сточных вод и регенерации электролитов представляется наиболее перспективным.
5.5. Выбор вариантов очистки и системы водоснабжения
За основу расчетов примем 2 варианта.При первом варианте, принимая во внимание то, что объем сточных вод невелик, а концентрация вредных веществ мала, все сточные воды без их очистки будем сбрасывать в горводоканал. Возможно это будет более выгодным, чем строительство очистных сооружений, т.к. создание последних для такого маленького предприятия, как наше равносильно созданию самого гальванического производства.
По второму варианту будем очищать сточные воды ионообменным методом, т.к. он позволяет утилизировать цветные металлы, содержащиеся в наших сточных водах (Cu), и повторно использовать до 95 % сточных вод, а также исходя из характеристик наших сточных вод и условий эффективного функционирования вышеописанных методов.Таким образом при втором варианте мы параллельно с использованием ионообменного метода будем создавать оборотный цикл водоснабжения.
--PAGE_BREAK--6.2.3. Эффективный фонд времени (Фэф)
Фэф = Фк — Трем — Трег, где
Трем — время на ремонт в год. Возьмем 4% от Фн.
Трег — время на регенерацию в год. Трег = 1/3*Фн, т.к. установка подвергается регенерации примерно через каждые 30 часов работы, а регенерация длятся 15 часов.
Фэф = 8760ч — 0,04*8760ч — 1/3*8760ч = 5489,6 ч
6.3. Производственная мощность (ПМ) участка и ее использование
ПМ = q * Фэф, где
q — пропускная способность установки в метрах в кубе в час.
q нам пока не известна, но ясно, что пропускная способность не равна 250 метрам в кубе в сутки (10,4 метра в кубе в час), т.к. мы еще должны учесть время на ремонт и регенерацию. Значит, простаивая определенное время без работы, затем установка должна очищать большие объемы сточных вод в ед. времени (скопившиеся за время простоя + вновь поступившие).
Для определения q нам надо знать объем сточных вод в год (Vcт.год) и Фэф для установки. И если мы поделим первое на второе и умножим на коэффициент (Кн), учитывающий непредвиденные обстоятельства, то и получим q.
q = Vст.год/Фэф * Кн, где Кн = 1,11
Vст.год = Vст.сут. * Nсут.
Nсут. = Фк — Дпр — Дв, где
Vст.сут. — поступающий объем сточных вод в сутки на очистку (250 метров в кубе).
Nсут. — кол-во суток работы гальванического цеха в год.
Фк — календарный фонд времени работы гальванического цеха (365 дней).
Дпр — кол-во праздничных дней в году.
Дв — кол-во выходных дней в году.
Для расчета данные возьмем за 1997 год. Согласно КЗоТ нормальная рабочая неделя = 40 ч., значит, работая по 8 часов в день у нас будет 2 выходных дня в неделю, а Дпр = 9 дням.
Nсут. = 365дней — 104дня — 9 дней = 252 дня
Vст.год = 250 м3/сут * 252 суток = 63000 м3
q = 63000м3/5489,6ч * 1,11 = 12,7 м3/ч
Для определения степени загрузки участка сточных вод определи Кисп.
Кисп = Vст.год/ПМ
Кисп = 63000м3/69717,92м3 = 0,9
Судя по коэффициенту, участок очистки сточных вод справится с обусловленным объемом сточных вод.
6.4. Капитальные вложения в ОФ природоохранного объекта
Для расчета капитальных вложений в ОФ природоохранного объекта применим укрупненный метод расчета, основанный на удельных капитальных вложения на 1 метр в кубе сточных вод (Куд).
К = Куд * Vст.год
Куд = Куд’ * 60
Vст.сут.ср. = ПМ/Nсут. = 69717,92 м3/365сут = 191 м3/сут
К — общие капитальные вложения.
Vст.сут.ср. — средний очищаемый объем сточных вод в сутки.
Куд’ — удельные капитальные вложения в усл.ед. на м3 в сутки.
60 — коэффициент, преобразующий Куд’ в реальные цены.
Для нахождения Куд’ имеются следующие данные в усл.ед. на м3 в сутки:
Метод очистки
Ионообменный метод
Пропускная способность, м3/сут
100
400
Куд’
800
330
Чтобы найти Куд’ при Vст.сут.ср. = 191 м3/сут построим график и применим метод линейной интерполяции. Из графика видно, что Куд’ при вышеназванных параметрах примерно равны 680 усл.ед./м3.
Куд = 680 * 60 = 40800 руб.
К= 40800р * 63000м3 = 2570400000р
А сейчас распределим общие капитальные затраты по группам ОФ.
Таблица A. Капитальные вложения в ОФ
Группа ОФ
Сумма, т.р.
Удельный вес в % к итогу
1. Здания и сооружения
282744
11
2. Передаточные устройства
616896
24
3. Оборудование
3.1. Основное
1156680
45
3.2. Энергетическое
179928
7
3.3. Подъемно-транспортное
154224
6
3.4. Приборы, ЭВМ, ср-ва контроля
128520
5
3.5. Итого
1619352
63
4. Инструменты и приспособления
30844,8
1,2
5. Производственный и хоз.инвентарь
20563,2
0,8
ВСЕГО
2570400
100
продолжение
--PAGE_BREAK--6.5. СОСТАВ ОБСУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА И ФОНД ОПЛАТЫ ТРУДА
6.5.1. Основные рабочие
Сначала определим кол-во основных рабочих в смену:
Чсм = Нобс * N, где
Нобс — норма обслуживания на установку (2 человека).
N — количество установок (1шт).
Чсм = 2 * 1 = 2 человека
Явочная численность в сутки:
Чяв.сут. = Чсм * nсм, где nсм — число смен в сутки
Чяв.сут. = 2чел. * 3 = 6 чел.
Штатная численность:
Чшт = Ч см * (nсм + 1) = 2 * (3 + 1) = 8 чел.
Списочная численность:
Чсп = Чшт * Ксп, где
Ксп — коэффициент перевода явочного числа рабочих в списочные (1,12).
Чсп = 8чел * 1,12 = 9 чел.
6.5.2. Вспомогательные рабочие
При расчете вспомогательных рабочих будем исходить из того, что нам нужны рабочие как минимум 2 специальностей — слесарь (для ремонта) и лаборант хим. анализа (для контроля качества воды и т.п.). Также установим, что слесарь работает в 3 смены, а лаборант хим. анализа в 1 смену. Расчет будем проводить по формуле:
Чсп = О * nсм * Ксп / Нобс, где
О — количество оборудования, подлежащее обслуживанию.
* Слесари
Чсл = 1 * 3 * 1,1 = 4 чел.
*
Лаборанты
Ч лаб = 1 * 1 * 1,1 = 2 чел.
Ч всп = 4 + 2 = 6 человек
6.5.3. РСС
Чрсс = Нрсс * (Чсп + Ч всп), где Нрсс — норма РСС (0,08%).
Чрсс = 0,08 * (9чел + 6чел) = 1 чел.
Списочная численность для РСС не считается. При плановом невыходе на работу в нашем случае сменного мастера заменяет наиболее квалифицированный рабочий.
Таблица B. Состав персонала
Профессия
Тарифный разряд
Число челю. в смену
Явоч. числ. в сут., чел.
Штатная числ., чел.
Списоч. числ., чел.
ОСНОВНЫЕ
1. Аппаратчик по очистке сточных вод
4
1
3
4
5
2. Нейтрализаторщик цианистых растворов
3
1
3
4
4
Итого
-
-
-
8
-
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
1. Слесарь
6
1
3
4
4
2. Лаборант хим. анализа
4
1
1
1
2
РСС
1. Сменный мастер
10
1
1
1
1
продолжение
--PAGE_BREAK--6.5.4. Фонд оплаты труда
Таблица C. Фонд оплаты труда
Профессия
Тар. разр.
Чст, т.р.
Чсп, чел.
ФЗП, т.р.
Допл. ноч., т.р.
Допл.за праз., т.р.
Прем., т.р.
Рай. коэф. т.р.
ФЗПосн, т.р.
Зпдоп в т.р.
ФЗП в год, т.р.
ОСНОВНЫЕ
1. Аппаратчик по очистке сточных вод
4
1,134
5
10093
505
214
5047
2379
18238
2918
21156
2. Нейтрализаторщик цианистых растворов
3
1,047
4
7455
373
198
3728
1763
13517
2163
15680
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
1. Слесарь
6
1,396
4
9940
497
264
4970
2350
18022
2884
20906
2. Лаборант хим. анализа
4
1,134
2
4037
-
-
2019
908
6964
1114
8078
Итого
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
65820
РСС
1. Сменный мастер
10
2,844
1
4949
-
-
2475
1114
8538
1417
9955
Таблица рассчитывалась по следующим данным:
Тэф спис. = 1780ч в год.
Т эф рсс = 1740ч в год.
Ост = 2 * Зпмин = 2 * 75900р = 151800руб.
Чст = Ост/Тмес, где Тмес = 174 ч.
Т.о. часовая тарифная ставка для первого разряда будет равна:
Чст1 = 151800р/174ч = 872,4 руб/ч.
Для определения Чст для конкретных рабочих используем тарифный коэффициент, который устанавливается в зависимости от разряда рабочего.
Таблица D. Тарифные коэффициенты
Разряд
3
4
6
10
Тарифн.коэф.
1,2
1,3
1,6
3,26
Расчет тарифной ставки для конкретного рабочего производим по формуле:
Чстi = Чст1 * Ктар, где
Ктар — тарифный коэффициент (из таблицы 4).
i — разряд рабочего.
Чстi — часовая тарифная ставка для i-го разряда.
Пример расчета для аппаратчика:
Чст4 = 872,4 руб/ч * 1,3 = 1134,12 руб
Тарифный фонд ЗП считается по формуле:
ФЗПi = Чспi * Тэфi * Чстi, где
i - специальность рабочего.
Пример расчета для аппаратчика:
ФЗП = 5чел * 1780ч * 1,134 т.р. = 10 093 т.р.
Доплата за ночное и вечернее время считается по формуле:
Двнi = 1/4 * ФЗПтарi * 1/3 * 0,2 + 1/4 * ФЗПтарi * 1/3 * 0,6 = 0,05 * ФЗПтарi
Пример расчета для аппаратчика:
Двн = 10093 т.р. * 0,05 = 505 т.р.
Доплата за праздничные дни по формуле:
Дпр = Чстi * 9 * 8 * Чяв в сут i
Пример расчета для аппаратчика:
Дпр = 1,134 т.р. * 9 * 8 * 3 чел = 214,326 т.р.
Премию возьмем 50% от ФЗПтар и рассчитаем для примера для аппаратчика:
Прем. = 10093 т.р. * 0,5 = 5047 т.р.
Районный коэффициент = 0,15 от (ФЗП тар + Дпр + Двн + Прем.). Пример расчета для аппаратчика:
Кр = 0.15 * (10093т.р. +505т.р. + 214 т.р. + 5047 т.р.) = 2379 т.р.
ФЗПосн образуется суммированием ФЗПтар, всех доплат, премии и Кр. Зпдоп составляет 16 % для рабочих и 16,6% для РСС. И ФЗПгод складывается из суммы основного и дополнительного фонда ЗП. Вышеназванные расчеты настолько просты, что думаю комментарии излишни.
Сейчас, когда у нас есть данные о составе рабочего персонала мы можем построить график сменности для той его части, которая работает в 3 смены (на примере аппаратчиков):
1см
2см
3см
1см
2см
3см
1см
2см
3см
1см
2см
3см
1см
2см
3см
Рабочий 1
Вых
Вых
Вых
Вых
Вых
Вых
Рабочий 2
Вых
Вых
Вых
Рабочий 3
Вых
Вых
Вых
Рабочий 4
Вых
Вых
Вых
продолжение
--PAGE_BREAK--6.6.ЗАТРАТЫ НА ХИМИКАТЫ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ
Годовой расход химикатов и материалов определим по формуле:
Ргодi = Нрi * Vгод, где
Нрi — норма расхода материала или вещества на кубический метр сточных вод.
Vгод — годовой объем сточных вод.
А затраты определим по формуле:
Змi = Ргодi * Цi, где
Цi — цена i-го вида вещества (материала).
Вычисления сведем в таблицу.
Таблица E. Затраты на материалы и химикаты
Наименов. материала
Цена в руб/кг
Нр, кг/м3
Годовой расход, кг
Затраты, т.р.
1. Натрий едкий
1700
0,29
18270
31059
2. Соляная кислота
500
0,43
27090
13545
3. Активированный уголь
5600
0,007
441
2469,6
4. Сервоцит
80000
0,003
189
15120
5. Гравий:
фракция 1
13000
0,003
189
2457
фракция 2
6000
0,002
126
756
фракция 3
5000
0,002
126
630
6. Смолы: КВ-3Р
25000
0,002
120
3150
АВ-13Р
30000
0,002
126
3780
АВ-14Р
32000
0,001
63
2016
ИТОГО
-
-
-
74982,6
6.7. ЗАТРАТЫ НА СОДЕРЖАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЮ ОБОРУДОВАНИЯ
Для облегчения все расчеты будем проводить в таблице.
Таблица F. Затраты на содержание и эксплуатацию оборудования
Наименование статей
Сумма, т.р.
1. Амортизация оборудования
215503
2. Содержание оборудования
2.1. ЗПвсп
28984
2.2. Отчисления на соц. нужды (38,5%)
11159
3. Ремонт оборудования (5%)
80968
4. Прочие расходы (7%)
23563
Итого по смете
360177
Примечания к таблице:
1. Амортизация исчислена по следующим нормам:
Оборудование:
— основное (14,3%);
— энергетическое (5%);
— подъемно-транспортное (10%);
— приборы, средства контр., ЭВМ (14,3%);
Инструменты и приспособления (20%);
Передатoчные устройства (6,7%).
Аi = Цi * Наi, где
Аi — годовая сумма амортизации.
Цi — цена i-го элемента ОФ.
Наi — норма амортизации в год для i-го элемента ОФ.
А = 16896 * 0,067 + 1156680 * 0,143 + 179928 * 0,05 + 154224 * 0,1 + 128520 *
* 0,143 + 30844,8 * 0,2 = 215503
продолжение
--PAGE_BREAK--6.8. ЦЕХОВЫЕ РАСХОДЫ
Наименование статей расходов
Сумма, т.р.
1. ЗПрсс
9955
2. Отчисления в стаховые фонды (38,5%)
3833
3. Расходы на ОТ и ТБ (10% от ФЗПгод раб)
6582
4.Амортизация зданий и сооружений (2,5)
7069
5. Содержание зданий и сооружений (1%)
2827
6. Ремонт зданий и сооружений (1%)
2827
7. Прочие расходы (10%)
3309
ИТОГО ПО СМЕТЕ
36402
6.9СЕБЕСТОИМОСТЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Данный раздел рассчитан с учетом затрат на оборотное водоснабжение.
Таблица G. Цеховая себестоимость
Статьи расходов
Сумма в т.р. на м3
Сумма в т.р. на Vгод
Процент к итогу
1. Реагенты и материалы
1,19
74982
10,7
2. Электроэнергия
1,25
78750
11,2
3. ЗП основных рабочих
0,585
136836
19,5
4. Отчисления на соц. нужды (38,5%)
0,225
14182
2
5. Расходы на содержание и эксплуат. оборудования
5,717
360177
51,4
6. Цеховые расходы
0,578
36402
5,2
7. Цеховая себестоимость
6,344
701329
100
Примечание: затраты на электроэнергию считались по формуле:
Зэл = Нэл * Цэл * Vст.год, где
Нэл — норма расхода электроэнергии на 1 метр в кубе сточных вод (5 кВт*ч/м3).
Цэл — цена электроэнергии (250руб. за киловат-час).
Таблица H. Себестоимость очистки сточных вод
Показатели
Сумма, т.р.
1. Капитальные затраты (К):
— на очистные сооружения
2570400
— на цикл оборотного водоснабжения
56700
2. Эксплуатационные затраты (С):
— на очистку воды
701329
— на цикл оборотного водоснабжения (9%)
63120
3. Суммарные затраты (Зс)
Зс = С + Ен * К
1158514
4. Стоимость очистки 1 м3 ст. вод
Ц = Зс/Vгод
18,389
Примечания:
1. Капитальные вложения на цикл оборотного водоснабжения считаем исходя из удельных капитальных вложений на его создание (Куд = 1000 руб/м3 ).
К об = 1000р/м3 * 56700 м3 = 56700 т.р.
56700 м3 — это объем сточных вод, поступающий в оборотный цикл (см. схему ниже).
6300 м3/год
Проз — во 63000 м3/год ОС 6300 м3/год
56700 м3/год
2. В расчетах принято допущение, что капитальные затраты, которые мы рассчитывали в таблице № 1, включают капитальные затраты на очистку, а также капитальные затраты на нейтрализацию элюата, образующегося после регенерации смол.
продолжение
--PAGE_BREAK--6.10. ОЦЕНКА СНИЖЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМА
После очистки концентрация загрязняющих веществ снизилась до следующих значений (мг/л):
2.Взвешенные вещества 2
3.Хлориды 40
4.Сульфаты 80
5.Цианиды 0,15
6.Медь 0,05
7.Цинк 0,1
8.Железо 0,85
В общем виде экономический ущерб рассчитывается по формуле:
У = Ууд * Г * М, где
Ууд — удельный экономический ущерб (443,5 руб/усл.т. на 1990 год).
Г — показатель относительной опасности сброса загрязняющих веществ в водоем (0,5 для нашего региона).
М — приведенная масса загрязняющих веществ.
М = А * m, где
А — показатель опасности загрязняющего вещества.
m — фактическая масса, т.
Снижение экономического ущерба исчислим по следующей формуле:
Ус = Удо — Упосле
Удо = 443,5 руб/усл.т. * 35 * 5 * 0,5 * А * (63000м3 * С * 10-6) = 2444 * А * С
Упосле = 244,4 * А * С
*
Взвешенные вещества
Ус = Удо — Упосле = 2444 * 0,16 * 100 — 244,4 * 0,16 * 2 = 39100 — 78 = 39022 руб.
Для остальных веществ расчеты ведутся аналогично, поэтому они здесь не приводятся, а все данные сведены в таблицу.
Таблица I. Снижение экономического ущерба
Вещество
А
Удо, т.руб
Упосле, т.р.
Ус, т.руб
1. Взвешенные вещества
0,16
39,1
0,078
39,022
2. Цианиды
2
48,88
0,073
48,807
3. Медь
1000
97760
12,220
97747,78
4. Цинк
100
1833
2,444
1830,556
5. Железо
10
733,2
2,077
731,123
6. Хлориды
0,003
0,293
0,29
0,003
7. Сульфаты
0,01
1,955
0,195
1,76
ИТОГО
-
-
-
100399,051
продолжение
--PAGE_BREAK--