Екологічні проблеми при виробництві скла

    Пыль доломита [(СаМg(Со₃)₂] составляет 50% от всей пыли, образующейся при приготовлении шихты. Она обладает фиброгенным действиeм.

    Пыль известняка СаСОз (мела) также фиброгенна. Карбонат натрия (Nа₂СО₃ обладает большой летучестью, вызывает изъязвление слизистой оболочки носа, раздражает дыхательные пути и приводит к конъюнктивиту.

    Оксид бора В₂О_З является составляющим элементом ряда оптических стекол и стекловолокна. В шихту вводят борную кислоту Н₃ВО₃, пыль которой может быть причиной повреждения кожи.

    В производстве хрусталя, оптических стекол, эмалей используют материалы, содержащие оксиды свинца (РвО, Рв₃O₄), пыль которых высокотоксичная и обладает кумулятивным действием - может накапливаться (аккумулироваться) в организме. Свинец поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, кроветворные органы и желудочно-кишечный тракт.

    В качестве осветлителя в производстве стекла используют оксид мышьяка (ПI) Аs₂О₃, являющийся сильным ядом. На организм человека он оказывает пагубное влияние, разрушая вегетативную нервную систему, приводит к параличу кровеносной системы, действует на обмен веществ. Нарушение питания тканей может привести к злокачественным образованиям. Так же как и свинец, он может накапливаться в организме. Доза приводящая к серьезному отравлению человека, составляет 0,01-0.052 г.

    В окружающей отделение атмосфере на уровне приземного слоя, концентрация вредных веществ не должна превышать 30% от ПДК в рабочей зоне помещения.

    Большие объемы запыленного воздуха при подготовке сырьевых материалов (при сушке 1300-1500 м^З/т, при помоле и дроблении 100- 50 м^З/т, при просеивании 300-400м^З/т) должны быть очищены перед их удалением из отделения. Так как пыль полидисперсна с преобладанием частиц менее 10-20 мкм, то очистка отходящих газовых потоков от пыли во многом усложняется. Средний размер (медианный диаметр) частиц пыли песка при его сушке составляет 14 мкм, а при просеивании - 12 мкм; доломита - соответственно 13; 18,5 мкм; известняка - 12,5; 18 мкм; при сушке мела - 18 мкм, а при просеивании соды 6-7 мкм.

    Не  менее опасными с точки зрения загрязнения окружающей среды являются стадии стекловарения и выработки стеклоизделий.

    Традиционно используется явно устаревший термин "варка стекла", который включает ряд физико-химических превращений оксидов при высоких температурах. Поэтому стекловаренная печь должна рассматриваться как реактор, в котором протекают разнообразные гетерогенные процессы: декарбонизация, плавление, протекание реакций в твердой и жинкой фазах при взаимодействии силикатов в сочетании с процессами взаимного растворения.

    Таким образом, процессами переработки шихты в стекло, приводящими к вредным выбросам и вредным воздействиям, являются следующие:

загрузка  шихты в стекловаренную печь, при которой часть ее удаляется топочными газами;

выделение реакционных газов, паров продуктов pacплaвa и удаление мелких капель, образующихся при плавлении шихты и из объема расплавленной стекломассы;

образование вредных компонентов в процессе сжигания топлива;

потери  теплоты - тепловое загрязнение с отходящими газами и через стенки основных аппаратов и трубопроводов.

    Стекольные  производства по своим масштабам несравнимы с энергетическими гигантами, но их экологические задачи аналогичны. Это позволяет обратиться к фундаментальным работам по изучению процессов образования вредных соединений в энергетике.

    При сжигании топлива в стеклоагрегате, а также при движении топочных газов в пределах агрегата протекает ряд процессов, обусловленных высокими температурами, резкими перепадами температур, взаимодействием с огнеупорными, изоляционными материалами, а также взаимодействием компонентов самих продуктов сгорания в этих условиях.

    Газообразные выбросы включают соединения углерода, серы и азота. Оксиды углерода являются продуктами сжигания углеводородных видов топлива. При наличии достаточного количества кислорода весь объем образующегося в процессах горения оксида углерода (II) (СО) доокисляется до оксида углерода (IV) (СО)₂. Максимальное содержание СО₂ в газе будет при коэффициенте избытка воздуха равном 1 (при сжигании природного газа содержание СО₂ составляет 9, моторного топлива – 12, мазута – 13 – 14%).

    Из  печного отделения выбросы газов и выделение теплоты во многом превышают объемы выбросов отделения подготовки шихты. Большие потоки теплоты выбрасываются с топочными газами частично теплота теряется также вследствие потерь в процессах выработки стеклоизделий. Последний поток тепловых потерь значителен так как вся теплота, аккумулированная в расплаве стекломассы, теряется.

    Частично  теряется стекло с твердыми отходами и выводятся сточные воды.

    Используемые  в современных стекловаренных печах принципы конструирования требуют серьезного анализа, и в первую очередь с позиций воздействия стекловаренной печи на окружающую cpeдy. При этoм работа стекловаренной печи характеризуется значительным уносом (выбросом) в атмосферу различных веществ, загрязняющих окружающую среду.

     К уносу из стекловаренной печи можно отнести компоненты содержащиеся в продуктах сгорания на входе в регенераторы и рекуператоры, а к выбросам в атмосферу - компоненты, выбрасываемые после теплоиспользующих устройств через дымовую трубу в атмосферу. Унос содержит как твердые порошкообразные соединения так и газообразные или жидкие (дисперсные). К основным факторам влияющим на количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ относится химический состав стекла и способ приготовления шихты, тип печи и режим ее эксплуатации, температура варки и др.

    Обработку сырья и приготовление шихты  осуществляют в основном по линейной схеме на технологических линиях обработки каждого компонента шихты.

    Отсутствие  герметичных стыков, соединений и  местных отсосов, специального оборудования для смешивания многокомпонентных  полидисперсных порошков, низкая эффективность пылеулавливающих устройств, недостаточная механизация и автоматизация процессов переработки сырья и приготовления шихты способствуют тому, что составные цехи стекольных производств в наибольшей степени не отвечают требованиям промышленной экологии: например на участках сушки и просева кварцевого песка запыленность колеблется в пределах 10 – 30 мг/м³, достигая в некоторых случаях 70 – 130 мг/м³.

 

    

4. Оборудование  средств защиты атмосферы  от пыле газовых выбросов

    Основным  источниками запыленности являются дробилки (мельницы), сушильные барабаны, элеваторы, грохоты, смесители.

    Подготовка сырья для производства стекла связана с интенсивным выделением пыли. Пылеобразование происходит в процессах измельчения, классификации, смешения компонентов шихты, их сушки и транспортирования.

    Пневмо- и вакуум-трубопровод стекольной шихты. На большинстве стекольных заводов сырьевые компоненты и шихту транспортируют от места их приготовления и переработки к стекловаренным печам с помощью элеваторов, ленточных конвейеров и др.

    Основными недостатками такого транспортирования  является образование пыли при перевалочных операциях, расслоение шихты и потери отдельных компонентов, отсутствие герметизации, тяжелый ручной труд.

    Решением этих проблем является использование трубопроводного транспортирования материалов. Возможны три основных типа пневматических систем (рис. 2): транспортная с избыточным давлением - нагнетательная (пневмотранспорт), вакуумная транспортная – всасывающая и комбинированная

     В случае вакуумной  системы воздух поступает при атмосферном давлении, захватывает твердые вещества и переносит их в направлении вакуумного насоса. В случае пневматической системы транспортирующий агент (воздух) с помощью воздуходувных машин под давлением нагнетается в материалопроводы.

    Комбинированные методы и аппаратура очистки газов. Для обеспыливания процессов сушки, измельчения, просеивания, смешивания и транспортирования сырьевых материалов А.Н.Балаболкиным и др. разработан гидродинамический пылеуловитель ГДП-М (Рис. 3) производительностью по очищаемому воздуху от 3000 до 40000м^З/ч.

Принцип работы аппарата основан на барботаже запыленного воздуха (газа) через слой пены, образующейся на газораспределительной решетке. Решетка при этом погружена в пылесмачивающую жидкость. Запыленный газ поступает в подрешеточное пространство и вытеснив на решетку часть воды, образует на ней слой высокотурбулентной пены. Пройдя через отверстия, газ очищается от пыли в момент контакта с пылесмачивающей жидкостью. Очищенный газовый поток поступает в центробежный каплеотделитель, а затем выбрасывается в атмосферу. Пылеуловитель имеет следующие характеристики:

Производительность, м^З/ч                         3000 - 40000

Удельная  нагрузка по газу, м^З/(м²∙ч)        6500

Гидравлическое  сопротивление, Па         1400 - 1900

Температура очищаемых газов, ºС            до 300

Расход воды на очистку 1000 м^З газа, л     15 - 50

Установочная  площадь, м² 0,25

Масса. Кг 120

5. Методы и оборудование для очистки воды, промышленных стоков и паров кислот

    При очистке сточных вод стекольного  производства применяют методы фильтрования, осаждения, флотации, электрофлотации, нейтрализации. Перспективными являются методы, использующие процессы мембранной технологии, электрокоагуляцию, озонирование, биологическуют очистку.

    В производстве стекла основными стоками  являются: промывающие воды из цехов подготовки сырья; промывающие воды из цехов обработки изделий; промывающие воды, образующиеся при получении стекловолокна; воды от мойки оборудования, тары, помещений и т .п.; воды от оxлаждения продуктов и оборудования.

    Методы  очистки промьштенных стоков можно классифицировать по составу фаз, дисперсному и химическому составу (схема 2). Рассмотрим основные из этих методов.

     Механические методы очистки промышленных стоков от грубодисперсных примесей включают отстаивание в гравитационном или центробежном поле, фильтрацию, флотацию, осветление во взвешенном слое осадка.

    

    Схема 2. Классификация методов очистки промышленных стоков

    Для очистки от мелкодисперсных (от 0,1-10 мкм) и коллоидных (0,001-0,1 мкм) частиц, оседающих с малой скоростью, а также ПАВ используют коагуляцию и флокуляцию, обеспечивающие слипание частиц до крупных конгломератов, удаляемых затем механическим методом.

    Для очистки от растворенных неорганических веществ применяют методы выпаривания, обратного осмоса, химического осаждения, электродиализа, нейтрализации.

    Для очистки от pacтворенныx органических веществ применяют биологическую очистку, адсорбцию, ионный обмен, обдувку газами, химическое осаждение, озонирование и хлорирование, обратный осмос, электрохимические методы и др.

    Сильно концентрированные стоки в ряде случаев целесообразно уничтожать сжиганием, захоронением.

    Термическое сжигание. Термическое сжигание при  меняют дня уничтожения высококонцентрированных сточных вод, содержащих минеральные или органические элементы. По этому методу сточные воды вводят в печь сжигания и испаряют при температуре 900-1000ºС. Органические примеси сгорают до продуктов полного сгорания СО₂, Н₂О, NО₂.

    Биологический метод очистки сточных вод. В основе биологической очистки сточных вод от органических веществ лежат три взаимосвязанных процесса: синтез протоплазмы клеток микроорганизмов, окисление органических загрязнений и окисление продуктов метаболизма клеток. Для проведения таких процессов требуется участие ферментов. Происходящее при этом аэробное окисление содержащегося в органических веществах углерода до СО₂ и водорода до Н₂О характеризуется расходом кислорода, т .е. биохимическим потреблением кислорода (БПК). .

    Характеристикой глубины разложения примесей в водосток является биохимический показатель (БХП), равный отношению БПК к ХПК.

    Под ХПК в отличие от БПК понимают количество кислорода, теоретически необходимое для полного превращения органических веществ из СО₂, Н₂О, а также в соль аммония и серную кислоту, если они содержат азот и серу. Молекулярный кислород, входящий в состав молекул веществ, идет на окисление этих веществ.