Лекция 23 Экологическая безопасность производства – проблемы и решения 1 Защита атмосферы от промышленных загрязнений (очистка отходящих газов) 2 Защита гидросферы от промышленных загрязнений (очистка сточных вод). 3 Защита литосферы от промышленных загрязнений (переработка твердых отходов) 1

Особенности биохимических производств, вызывающие их повышенную экологическую опасность : Микробиологические производства: использование в больших количествах живых микроорганизмов, использование в больших количествах живых микроорганизмов, применение в производстве веществ, являющимися питанием для дикоживущих микроорганизмов применение в производстве веществ, являющимися питанием для дикоживущих микроорганизмов Химико-фармацевтические производства (100 кг отходов на 1 кг продукта!) многостадийность синтезов; применение избытка одного из реагентов без регенерации; широкое использование приемов введения различных групп (Cl, NO2, SO3 и т. п.) только для того, чтобы заместить их потом на другие; многостадийные схемы очистки продуктов. 2

- разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся или нет потребительской ценностью и являющиеся вторичным материальными ресурсами Отходы производства - разнообразные по составу и физико-химическим свойствам остатки, характеризующиеся или нет потребительской ценностью и являющиеся вторичным материальными ресурсами – это такое содержание вредного вещества в ОС, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства (ПДК рабочей зоны, ПДК м.р. (максимально- разовая), в мг/м 3) Предельно-допустимая концентрация (ПДК) – это такое содержание вредного вещества в ОС, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства (ПДК рабочей зоны, ПДК м.р. (максимально- разовая), в мг/м 3) – это объем загрязняющего вещества, выбрасываемый источником за единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК в среде, окружающей источник. Предельно-допустимый выброс (ПДВ) – это объем загрязняющего вещества, выбрасываемый источником за единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК в среде, окружающей источник. Обеспечение ПДК Рассеивание Контроль выбросов 3

Защита атмосферы от промышленных загрязнений (очистка отходящих газов) Промышленные газовые выбросы: (поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы, что позволяет применять для очистки от загрязняющих веществ соответствующие установки) организованные (поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы, что позволяет применять для очистки от загрязняющих веществ соответствующие установки) (поступают в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта) неорганизованные (поступают в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушений герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта) нагретые холодные, выбрасываемые без очистки выбрасываемые после очистки. 1 4

Для микробиологических процессов, основанных на жизнедеятельности аэробных микроорганизмов,, прежде всего на стадиях ферментации и сушки биопрепаратов. Для микробиологических процессов, основанных на жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, расходуется огромное количество воздуха, прежде всего на стадиях ферментации и сушки биопрепаратов. Воздух, выходящий из ферментатора,. Воздух, выходящий из ферментатора, содержит большое количество живых микроорганизмов. П П ри культивировании дрожжей в 1 м 3 воздуха, выходящего из ферментатора, содержится ( )х 106 клеток м/о. Даже непатогенные микроорганизмы, поскольку они имеют в своем составе белки, чуждые для человеческого организма, могут быть достаточно сильными аллергенами Кроме микроорганизмов в воздухе микробиологических производств содержатся пыль, влага и пр. Кроме микроорганизмов в воздухе микробиологических производств содержатся пыль, влага и пр. Предприятиями химической промышленности выбрасываются пыль, содержащая неорганические и органические вещества и газы: CO 2, CO, NH 3, SO 2, NOx, HF, HCl,H 2 S и др. Предприятиями химической промышленности выбрасываются пыль, содержащая неорганические и органические вещества и газы: CO 2, CO, NH 3, SO 2, NOx, HF, HCl,H 2 S и др. 1 5

Способы удаления взвешенных примесей из воздуха, основана на оседании частиц под действием силы тяжести или на действии инерционных сил при изменении направления движения воздуха; «сухая» очистка, основана на оседании частиц под действием силы тяжести или на действии инерционных сил при изменении направления движения воздуха;, основана на орошении воздуха водой или пропускании его через слой воды; «мокрая» очистка, основана на орошении воздуха водой или пропускании его через слой воды;, в которых задерживается пыль, влага и микроорганизмы (включая стерилизацию). пропускание воздуха через фильтры, в которых задерживается пыль, влага и микроорганизмы (включая стерилизацию). - сетки из нержавеющей стали или пластмасс (сепарируется около 99% воды); - фильтрующие элементы из микроволокно тонкого боросиликатного стекла с высокой стерилизующей способностью (до %), улавливающие частицы более 0.6 мкм. - осаждение взвешенных в газе частиц в электрическом поле. электрическая очистка газов - осаждение взвешенных в газе частиц в электрическом поле. 1 6

Оборудование для «сухой» очистки 1 принцип которых основан на действии силы тяжести (рис. 7.1); 1 пылеосадительные камеры, принцип которых основан на действии силы тяжести (рис. 7.1); 1 - входной патрубок; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус; 4 - бункер взвешенных частиц. 1 7

Оборудование для «сухой» очистки 2, принцип которых основан на использовании силы инерции (рис 7.2) 2 инерционные пылеуловители, принцип которых основан на использовании силы инерции (рис 7.2) Схема инерционных пылеуловителей различными способами подачи и разделения газового потока а - камера с перегородкой; а - камера с перегородкой; б - камера с расширяющимся конусом; б - камера с расширяющимся конусом; в - камера с заглубленным бункером в - камера с заглубленным бункером 1 8

Оборудование для «сухой» очистки - пылеуловители, принцип которых циклоны - пылеуловители, принцип которых основан на действии центробежных сил (рис.7.3): 1-пылевыпускное устройство 1-пылевыпускное устройство 2-конусная часть 2-конусная часть 3-цилиндрическая часть 3-цилиндрическая часть 4-входной патрубок 4-входной патрубок 5-выхлопная труба 5-выхлопная труба Коэффициент улавливания пыли 85-95% 1 9

Аппараты «мокрой» очистки (скрубберы) Полые и насадочные; Полые и насадочные; барботажные и пенные; барботажные и пенные; аппараты ударно инерционного типа; аппараты ударно инерционного типа; центробежного типа; центробежного типа; динамические и турбулентные промыватели динамические и турбулентные промыватели Устройство полого скруббера (рис.7.4) Устройство полого скруббера (рис.7.4) 1 - Вентилятор с двигателем 2 - Верхняя часть с тангенциальным входом 3 - Контрольное водомерное стекло 4 - Выдвижная тележка для шлама 5 - Емкость уровня воды 6 - Кран для слива воды 7 - Внутренняя труба Вентури 8 - Каплеотделитель 9 - Выпрямитель 1 - Вентилятор с двигателем 2 - Верхняя часть с тангенциальным входом 3 - Контрольное водомерное стекло 4 - Выдвижная тележка для шлама 5 - Емкость уровня воды 6 - Кран для слива воды 7 - Внутренняя труба Вентури 8 - Каплеотделитель 9 - Выпрямитель Степень очистки 90-92% для частиц с диаметром более 10 мкм 1 10

Аппараты «мокрой» очистки (рис.7.5) Циклон с водяной пленкой (рис.7.5) 1-пылевыпускное устройство 2-цилиндрическая часть 3-сопла 4-выход очищенного воздуха 5-входной патрубок Степень очистки для пыли размером частиц до 5 мкм %, для пыли с более крупными частицами %. 1 11

Аппараты фильтрующего типа Рис Схема рукавного фильтра: 1-штуцер для подачи запыленного воздуха, 2- корпус, 3-штуцер для подачи чистого воздуха для продувки рукавов, 4-встряхивающее устройство, 5-штуцер для отвода очищенного воздуха, 6-фильтрующие рукава, 7-шнек для удаления пыли. 1 12

Методы обезвреживания отходящих газов от газообразных или парообразных токсичных веществ абсорбция (вода, органические растворители, не вступающие во взаимодействие с извлекаемым газом), адсорбция (пористые тела), каталитические методы (основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов), термические методы для обезвреживания газов от легкоокисляемых, токсичных, а также дурнопахнущих примесей (основаны на прямом сжигании). 1 13

На практике установки для очистки – это многоступенчатые схемы, представляющие собой комбинацию различных способов очистки. 14

Защита гидросферы от промышленных загрязнений (очистка сточных вод) Сточная вода – это вода бывшая в производственном употреблении, а также прошедшая через загрязненную территорию. Сточная вода – это вода бывшая в производственном употреблении, а также прошедшая через загрязненную территорию. В производстве образуются различные категории сточных вод: образующиеся при протекании химических реакций (загрязнены исходными веществами и продуктами реакций); образующиеся при протекании химических реакций (загрязнены исходными веществами и продуктами реакций); воды, находящиеся в виде свободной или связанной влаги в сырье и выделяющиеся в процессе переработки, промывные воды; воды, находящиеся в виде свободной или связанной влаги в сырье и выделяющиеся в процессе переработки, промывные воды; маточные водные растворы; маточные водные растворы; водные экстракты и абсорбенты; водные экстракты и абсорбенты; воды охлаждения; воды охлаждения; др. сточные воды: мытье тары и оборудования, воды с вакуум- насосов. др. сточные воды: мытье тары и оборудования, воды с вакуум- насосов. 2 15

Содержание некоторых ЗВ в сточных водах микробиологических предприятий колеблется в следующих пределах (в мг/л): Содержание некоторых ЗВ в сточных водах микробиологических предприятий колеблется в следующих пределах (в мг/л): взвешенные вещества – , азот – , фосфор – и др. На крупных заводах система очистки сточных вод является продолжением технологического процесса производства. На крупных заводах система очистки сточных вод является продолжением технологического процесса производства. В цехах, а иногда и на установках, создаются локальные системы очистки, которые предназначены для очистки сточных вод, используемых в системах повторного и оборотного водоснабжения. В цехах, а иногда и на установках, создаются локальные системы очистки, которые предназначены для очистки сточных вод, используемых в системах повторного и оборотного водоснабжения. Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения. 2 16

Способы очистки сточных вод : заключаются в механическом отделении нерастворимых грубодисперсных примесей методом процеживания, отстаивания или фильтрования 1. механические: заключаются в механическом отделении нерастворимых грубодисперсных примесей методом процеживания, отстаивания или фильтрования крупные легко осаждающиеся примеси процеживаются через механизированные решетки, крупные легко осаждающиеся примеси процеживаются через механизированные решетки, зернистые минеральные загрязнения осаждаются в песколовках, отстойниках, зернистые минеральные загрязнения осаждаются в песколовках, отстойниках, более мелкие частицы и масляные пленки отделяются на фильтрах с зернистым материалом – песчаные фильтры или ультрафильтрацией (обратный осмос). более мелкие частицы и масляные пленки отделяются на фильтрах с зернистым материалом – песчаные фильтры или ультрафильтрацией (обратный осмос). 2 17

Способы очистки сточных вод 2. физико-химические: основаны на изменении физического состояния загрязнений, что облегчает их удаление из сточных вод (коагуляция, флотация, ионообменный метод и др.). 3. химические: основаны на химическом взаимодействии реагентов с растворенными в сточных водах веществами (реакции конденсации, окисления, нейтрализации), в результате которого образуются нетоксичные вещества, растворимые соединения переходят в нерастворимые и т.д. 2 18

Способы очистки сточных вод 4. термические: в результате которых сточные воды полностью уничтожаются при высокой температуре с получением нетоксичных продуктов сгорания и твердого остатка. Применяются для обезвреживания промышленных сточных вод, содержащих токсичные органические и минеральные вещества. 5. биологические: основаны на способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточной воде. Для предприятий микробиологической промышленности данный способ является основным. 2 19

В процессе БХО сточных вод часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессах биосинтеза (образование биомассы - активного ила или биопленки), а другая часть превращается в безвредные продукты окисления (вода, углекислый газ и др.). Биологическая очистка может проводиться в аэробных и анаэробных условиях при непрерывном культивировании микроорганизмов глубинным или поверхностным способом. 2 20

Биологические фильтры (аэробное поверхностное культивирование) Классификация биофильтров по конструктивной особенности загрузочного материала: объемная загрузка (загрузочный материал- гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) объемная загрузка (загрузочный материал- гравий, шлак, керамзит, щебень и др.) плоскостная загрузка (пластмассы, асбестоцемент, ткани, металл). плоскостная загрузка (пластмассы, асбестоцемент, ткани, металл). Рис.7.6. Схема работы биофильтра: 1-дно,2-решетка, 3-фильтрующий материал, 4-водораспределит. устройство. 2 21

Очистка сточных вод в аэротенках (аэробное глубинное культивирование) Рис Схема установки "Аэротенк - вторичный отстойник". 2 22

Рис Схемы аэротенков: а - вытеснители; б - смесители; в - с рассредоточенным впуском воды; г - типа АНР; д - с регенераторами; е - ячеечного типа; I - сточная вода; II - активный ил; III - иловая смесь; 1- аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор. 2 23

Метановое брожение (анаэробное культивирование) - анаэробный процесс, осуществляемый сложными ассоциациями микроорганизмов в две фазы: Метановое брожение - анаэробный процесс, осуществляемый сложными ассоциациями микроорганизмов в две фазы: сбраживание субстрата до жирных кислот под действием микроорганизмов, обладающих активными ферментными системами для разложения органических веществ субстрата, сбраживание субстрата до жирных кислот под действием микроорганизмов, обладающих активными ферментными системами для разложения органических веществ субстрата, образование из жирных кислот метана и диоксида углерода (биогаза) метанобразующими бактериями. образование из жирных кислот метана и диоксида углерода (биогаза) метанобразующими бактериями. Рис Метантенк: 1-электродвигатель, 2-газоотводная труба, 3-трубопровод горячей воды 2 24

За рубежом достаточно широко используется метод упаривания стоков с использованием термокомпрессоров. В термокомпрессоре пары испаренной воды сжимаются и направляются в рубашку выпарного аппарата. При этом, в результате сжатия, температура конденсации паров становится выше температуры кипения упариваемой жидкости в кипятильнике, пары конденсируются и возвращают тепло затраченное на испарение обратно. В процессе использования растворителей на стадиях выделения и очистки образуются загрязненные растворы, которые могут или сжигаться, или В процессе использования растворителей на стадиях выделения и очистки образуются загрязненные растворы, которые могут или сжигаться, или подвергаться отгонке растворителей. 2 25

Защита литосферы от промышленных загрязнений (переработка твердых отходов) Применение твердых промышленных отходов (ТПО): для мелиорации кислых (кальцийсодержащие промышленные отходы) и солонцовых почв (сульфаты железа и кальция отходы производства серной кислоты); для мелиорации кислых (кальцийсодержащие промышленные отходы) и солонцовых почв (сульфаты железа и кальция отходы производства серной кислоты); в качестве органических удобрений (осадки сточных вод, не менее 3 лет пролежавшие на иловых площадках); в качестве органических удобрений (осадки сточных вод, не менее 3 лет пролежавшие на иловых площадках); в качестве добавок в корма крупного рогатого скота. в качестве добавок в корма крупного рогатого скота. 3 26

Методы переработки ТПО. Механическая, механотермическая и термическая переработка. дробление – уменьшение размеров перерабатываемых материалов (), дробление – уменьшение размеров перерабатываемых материалов (щековые, конусные, валковые и др. конструкции дробилок), измельчение до зерен не более 5 мм (), измельчение до зерен не более 5 мм (мельницы, дезинтеграторы), классификация и сортировка – разделение твердых отходов на фракции (), классификация и сортировка – разделение твердых отходов на фракции (решетки, сита, проволочные сетки), гранулирование – формирование агрегатов шарообразной формы из паст, порошков ( ), гранулирование – формирование агрегатов шарообразной формы из паст, порошков (барабанные, тарельчатые, центробежные и др. грануляторы, таблеточные машины), термическая обработка – пиролиз, переплав, обжиг или сжигание (органическая часть отходов переходит в СО2, N2, NОx, H2O, HF, HCl, SO2 и др., неорганика остается в золе). 3 27

Методы переработки ТПО – используется для ТПО, содержащих черные и цветные металлы (гравитационные, электрические, флотационные, специальные методы). Обогащение – используется для ТПО, содержащих черные и цветные металлы (гравитационные, электрические, флотационные, специальные методы). : выщелачивание (экстрагирование), растворение, кристаллизация. Физико-химическое выделение : выщелачивание (экстрагирование), растворение, кристаллизация. Особо токсичные, в том числе и радиационные, не подлежащие переработке ТПО, подлежат захоронению в металлические капсулы, затем в кубы из отвердевшего жидкого стекла, рассчитанные на неопределенно длительный срок хранения. Их помещают под землей в геологических выработках, или в глубоких впадинах морского дна. Это одна из самых серьезнейших и трудноразрешимых проблем охраны ОС, т.к. нет абсолютно безопасных мест изоляции ТПО. Захоронение: Особо токсичные, в том числе и радиационные, не подлежащие переработке ТПО, подлежат захоронению в металлические капсулы, затем в кубы из отвердевшего жидкого стекла, рассчитанные на неопределенно длительный срок хранения. Их помещают под землей в геологических выработках, или в глубоких впадинах морского дна. Это одна из самых серьезнейших и трудноразрешимых проблем охраны ОС, т.к. нет абсолютно безопасных мест изоляции ТПО. 3 28

производства антибиотиков (ткани микроорганизмов, твердых остатков питательной среды, вспомогательных фильтрационных веществ (перлиты, древесная мука)) характеризуются Мицелиальные отходы (мицелий) производства антибиотиков (ткани микроорганизмов, твердых остатков питательной среды, вспомогательных фильтрационных веществ (перлиты, древесная мука)) характеризуются большим влагосодержанием (60-85%), большим влагосодержанием (60-85%), липкой консистенцией, липкой консистенцией, содержат органические вещества белкового характера. содержат органические вещества белкового характера. Поэтому подвержены быстрому загниванию. Для сушки и сжигания мицелия применяют различные типы сушилок, например, (сушка мицелия пенициллина) горячими топочными газами при температуре до 600 0С. Для сушки и сжигания мицелия применяют различные типы сушилок, например, распылительные со взвешенным слоем, барабанные (сушка мицелия пенициллина) горячими топочными газами при температуре до 600 0С. Отходы мицелия Сжигание (зола на удобрения) Сушка (кормовые добавки для с/х животных) 3 29

Современные подходы к решению проблемы утилизации отходов малотоннажных многоассортиментных производств Рис.5.10 Передвижной моноблок для переработки химических отходов, изготовленный фирмой «Maisonneuve» Рис.5.10 Передвижной моноблок для переработки химических отходов, изготовленный фирмой «Maisonneuve» 3 30