Риск возникновения чс экологического характера на спиртовом производстве

 

Чрезвычайные ситуации экологического характера – это экстремальные ситуации, связанные с изменением состояния суши, кризисные ситуации, связанные с изменением свойств атмосферы, водной среды. Состояние окружающей среды в России крайне неблагополучно, а в некоторых регионах даже приобрело характер экологического бедствия. Если в 1970 г. общий объем загрязняющих природную среду отходов производства составлял 40 млрд. тонн, то к 2000 г., по экспертным оценкам, он может увеличиться до 100 млрд. тонн, то есть в 2,5 раза. Объем загрязненной воды может возрасти за это время в 10 раз. Суммарная площадь территорий с острой экологической ситуацией в настоящее время в 17 раз превосходит площадь природных заповедников и заказников. Экономический ущерб от загрязнения природы равен примерно половине национального дохода России.

Особое место в процессах загрязнения атмосферного воздуха, воды, почвы, всей окружающей человека природной среды занимает радиоактивное загрязнение.

По оценке специалистов, Россия - самая загрязненная радиоактивными веществами страна в мире. Это результат ряда крупных аварий (Чернобыльская АЭС, ПО "Маяк", Томск-7 и других), сбрасывания радиоактивных отходов в окружающую среду и создания свалок радиоактивных отходов. Процесс сброса жидких и твердых радиоактивных отходов в северных и дальневосточных морях продолжается. Все большую остроту приобретает экологический аспект техногенных ЧС: многолетние усилия по оздоровлению экологической обстановки в каком-либо регионе сводятся на нет периодическими авариями на производствах или на магистральных нефтепроводах.

Подобные ситуации приобрели катастрофические масштабы, например, в районе городов Уфы и Стерлитамака (р. Белая), где за последние годы произошло более 10 крупных аварий с выбросами отравляющих веществ, а также на всем Среднем Поволжье, от Нижнего Новгорода до Саратова, и особенно в городах Самара, Тольятти, Чапаевск, Новокуйбышевск

Однако наиболее остро проблема усугубления последствий возникает при природно-техногенных чрезвычайных ситуациях. Это прежде всего касается районов, подвергающихся периодическим затоплениям в результате паводков или наводнений - Среднее Поволжье, Читинская область, Хабаровский край. Здесь в зонах затопления построено и продолжается строительство многоэтажных домов, что увеличивает концентрацию населения, прокладываются подземные коммуникации, функционируют опасные производства. Все это приводит к тому, что обычные для тех мест паводки вызывают все более и более катастрофические последствия, усугубляющиеся массовыми выбросами бытовых отходов и отравляющих веществ и, как результат, к необратимым нарушениям экологии.

Чрезвычайные ситуации экологического характера весьма разнообразны и практически охватывают все стороны жизни и деятельности человека.

По характеру явлений они подразделяют на 4 основные группы.

1. Изменения состояния суши (деградация почв, эрозии, опустынивания);

2. Изменение свойств воздушной среды (климат, недостаток кислорода, вредные вещества, кислотные дожди, шумы, разрушение озонового слоя);

3. Изменение состояния гидросферы (истощение и загрязнение водной среды);

4. Изменение состояния биосферы

Рассмотрим спиртовое производство как источник возникновения ЧС экологического характера, на примере конкретного предприятия по производству спирта. Основным источником возникновения ЧС экологического характера на данном производстве является основной отход производства – жидкие отходы барды, сточные воды. Поступление таких отходов в водный объект может привести к нарушению кислородного режима объекта и гибели гидробионтов.

Послеспиртовая барда – основной отход спиртового производства, получаемый при изготовлении спирта. Количество данного отхода на конечной стадии превышает количество полученного спирта. Химический состав бард представляет собой водный раствор с растворенными в нем сухими питательными веществами. Утилизация этого отхода спиртового производства весьма непростая задача, вызванная его значительными объемами и таким его свойством, как брожение. Большинство спиртзаводов, не задумываясь о последствиях, применяют самый дешевый способ утилизации послеспиртовой барды – сливают ее в близлежащие водоемы. В этом случае данный вид отходов спиртового производства может являться источником ЧС экологического характера. На рисунке 4 показан слив барды в водоем.

 

Рисунок 4 - Сброс заводом барды.

 

В свежей барде много воды — 88-95%, поэто­му это скоропортящийся корм. В настоящее время в пищевых перерабатывающих отраслях промышленности России, и в частности, в спиртовой промышленности, продолжает остро стоять проблема переработки вторичных ресурсов, образующихся в процессе производства пищевой продукции. Ежегодно на предприятиях спиртовой отрасли нашей страны в виде отходов спиртового производства образуется около 10 мл. тонн барды. Реализация жидкой барды на большинстве предприятий практически сведена к минимуму. Зачастую ее сливают в реки и овраги, в лучшем случае в пруды–накопители, создавая сложную экологическую обстановку прилегающих территорий. Актуальность вопроса переработки или утилизации барды предприятий спиртовой отрасли уже давно ни у кого не вызывает сомнений.

Согласно Федеральному закону от 21.07.2005 г 102-ФЗ (глава 2, статья 8, пункт 5) «Эксплуатация основного технологического оборудования для производства спирта допускается только при условии внедрений оборудования, позволяющего полностью перерабатывать или утилизировать основные отходы спиртового производства (барду), и наличия положительного заключения государственной экологической экспертизы»(5)

Основной трудностью в утилизации послеспиртовой барды является переработка жидкой фазы, т.н. «фугата», которого на спиртовом заводе средней мощности образуется до 350 м³/сутки. В мировой практике используется в основном технология «упаривания фугата» в выпарных станциях. Стоимость ее составляет около 60% от стоимости всего проекта, при этом расход пара составляет от 3200 до 3800 кг/час, потребление электроэнергии – 80 квт/час на 1 тонну сухой барды. Стоимость всего проекта по переработке барды для спиртзавода производительностью 3000 дал/сутки в зависимости от технологической схемы составит от 45-75 млн. рублей.

Для сравнения в таблице 1 данные о выходе барды из разных видов сырья при крепости бражки 7% об.

Таблица 1 – Выход барды из различных видов сырья

Сырье	Картофель	Овес	Ячмень	Пшеница, Рожь
Крахмалистость сырья, %
Выход барды, Дал

 

Из данных таблицы 1 можно сделать следующий вывод что из данного вида сырья более оптимальным является картофель, он является самым оптимальным сырьем по объему выхода барды.

Компонентный состав послеспиртовой барды

Если в самом начале технологического процесса производства спирта реакционная масса представляет собой лишь дробленое зерно и чистую воду питьевого качества со средним солесодержанием (минеральные соли) 0,5 г/л, то в конце процесса после отгонки спирта барда представляет собой многокомпонентную гетерогенную смесь с усредненным составом. В таблице 2 дана характеристика состава барды по компонентам.

Таблица 2 Компонентный состав послеспиртовой барды

Компонент	Показатель
Сухие вещества, г/л	62.5 – 74.0
Из них взвешенные вещества, г/л	28.5 – 31.5
Растворенные азотсодержащие, г/л	4.6 – 6.8
Растворенные безазотистые, г/л	28.0 – 32.0
Жиры в жидкой фазе, г/л	0.4 – 0.6
Минеральные соли растворенные, г/л	2.4 – 4.2
рН	4.54 – 4.72

 

Все эти вещества появляются в реакционной массе на всех стадиях процесса как продукты экстракции и химических превращений компонентов зерна.

Анализ твердой фазы барды проводился после ее отделения на микрофильтрах и двойной промывки осадка обессоленной водой при объеме порции воды, равном объему фильтрата. Твердая фаза представляет собой непрогидролизованные остатки дробленого зерна и выросшую на стадии спиртового брожения дрожжевую биомассу. К сожалению, разделить и проанализировать две эти фракции невозможно, так как дрожжевые клетки практически полностью адсорбированы на частицах дробины. Дисперсный анализ дробины показал, что размер и масса частиц имеют очень широкий разброс: при среднем размере 0,5 мм диапазон составляет 0,03-1,2 мм. Можно предположить, что биомасса дрожжей не превышает 5-8% по массе от всего твердого осадка, но содержит значительную часть белковых веществ.

Химический состав дробины зависит от многих технологических факторов, в первую очередь от состава и качества исходного сырья, а также от режимов механической, тепловой и ферментативной деструкции крахмала и белков. Стадии спиртового брожения и отгонки спирта не вносят существенных изменений в состав дробины.

Собранная на микрофильтре дробина представляет собой плотную массу однородной консистенции от темно-желтого до коричневого цвета. Перед проведением анализов влажный осадок высушивали до остаточной влажности 12%, после чего сухая дробина может храниться неограниченно долго. В таблице 3 дана характеристика дробины по группам веществ.

Таблица 3. Состав дробины по группам веществ:

Влажность	Сухой протеин	Клетчатка	Зола	Сырой жир	ЭЭВ
12%	14-16%	24-26%	5-7%	5-7%	55-40%

 

Из таблицы 4 видно состав жидкой фазы барды.

Таблица 4 Состав жидкой фазы барды

Компонент	Размерность	Содержание
АСВ	г/л	44.8 – 52.0
ХПК	мг О2/л	52000 – 60000
БПК	мг О2/л	8000 — 16000
Минеральные соли	г/л	1.24 – 1.52
рН	-	4.5 – 4.8
Жиры	г/л	0.4 – 0.6
Сырой протеин	г/л	8.6 – 8.8
Органические кислоты	г/л	5.8 – 7.2
Углеводы (крахмал, сахара)	г/л	0.2 – 0.6
БЭВ	г/л	20.4 – 25.8

 

Таким образом, фильтрат барды является источником большого количества разнообразных органических веществ, при небольшом содержании минеральных. Некоторое повышение концентрации минеральных веществ по сравнению с их содержанием в свежей воде (0,5 г/л) объясняется добавлением питательных солей на стадии дрожжеращения и спиртового брожения. Пример по расчету выхода барды.

Выход зерновой барды (b) зависит от крепости бражки (а), степени ее разбавления при замывке бродильных чанов (е), крепости отгоняемого спирта (А) и количества конденсата греющего пара, расходуемого на перегонку (р), и рассчитывается по формуле:

 

b = e · (100 + p) / a - 100 / A, Дал

Крепость бражки (а) колеблется от 6,5 до 8,5% объемных. Чем выше крепость бражки, тем ниже выход барды. При снижении крепости бражки с 8,5 до 6,5% количество барды на 1 Дал спирта увеличивается на 4,4 Дал.

Расход промывной воды для бродильных чанов составляет 1-2% (е=1,01). При увеличении количества промывных вод увеличивается разбавление бражки и соответственно выход барды, а содержание в ней сухих веществ снижается.

Крепость отгоняемого спирта (А=88%) незначительно влияет на выход барды. Количество конденсата греющего пара при (р) при нормальной крепости бражки (8% об.) примерно составит 19 л. на на 100 л. бражки.

Следовательно, выход барды при крепости спирта 6% об., составит 18,8 Дал барды/Дал спирта, а при крепости 10% об. - 10,88 Дал барды/Дал спирта. Это также говорит о том, что при увеличении крепости бражки с 6 до 8 % об. расход пара на дистилляцию спирта уменьшится в 2 раза. Для ориентировочного расчета выхода барды в среднем принимают 13 Дал на 1 Дал спирта суточной производительности.

Для более точного определения выхода барды расчет ведут отдельно для каждого вида перерабатываемого сырья, в зависимости от его крахмалистости (К) и выход спирта из 1 тонны крахмала (С). Количество барды, получаемой из 1 тонны перерабатываемого сырья (В), расчитывается по формуле:

В = 1,06 · К · С / 100 · [ e · (100 + p) / a - 100 / A ],Дал

Отсюда следует, что выход барды можно просчитать и избежать каких - либо последствий.

Таблица 5. Характеристика барды

Показатель	Барда
послеспиртовая	последрожжевая
рн	4,6 - 5,2	4,4.	5,0
Плотный остаток, мг/л	62 040 - 81 220	35 200.	51 885
Взвешенные вещества, мг/л	5300 - 7850	970.
Азот, мг/л	2500 - 3860	940.
Летучие кислоты, мг/л	2300 - 3900	300.
БПКз, мг О2/л	29 000 - 48 000	15 500.	29 900
БПКп, мг О2/л	44 000 - 59 000	18 000.	42 000
ХПК, мг О2/л	4900 - 66 900	20 000.	48 000

Особый интерес в качестве объекта очистки и утилизации представ­ляет первичная и вторичная барда спиртовых заводов.

В первичной (послеспиртовой) барде соотношение ХПК: N изменяется от 85: 5 до 100: 5 (С: N = 4,25-5,0), а для вторичной (последрожжевой) — от 96: 5 до 105:5 (С: N = 4,8-5,25). Соотношение элементов благоприятно для применения метода аэробной очистки барды, однако чрезвычайно высокое общее содержание органических веществ затрудняет реализацию традиционной технологии. Из химического состава видно что жиры частично растворяются в жидкой фазе на стадии разваривания и транзитом переходят в барду.

Показатель «сырой протеин» объединяет в себе пептиды и аминокислоты и некоторое количество водорастворимых белков. Пептиды и аминокислоты образуются в основном на стадии осахаривания как продукты гидролиза белков.

Органические кислоты представлены в основном следующими низкомолекулярными соединениями: уксусная кислота, масляная и изомасляная, валериановая и изовалериановая кислоты, муравьиная и изопропионовая кислоты. Они появляются в жидкой фазе на стадии спиртового брожения как продукты метаболизма микроорганизмов. Из-за большого содержания органических веществ фильтрат барды не может быть возвращен в производства спирта.

Спиртовые заводы являются мощными источниками загрязненных вод. Сточные воды спиртовых заводов делятся на четыре категории.

К первой категории относятся воды после теплообменников, ко второй категории – сточные воды от химводоочистки и продувки паровых котлов, к третьей – лютерная вода и конденсаты вторичного пара от упаривания барды, к четвертой – воды от промывки фильтр-прессов дрожжевых цехов, моечные воды и хозяйственно-бытовые стоки.

На различных предприятиях состав и количество сточных вод существенно различаются. В таблице 6 дана характеристика сточных вод на спиртовом производстве по категориям.

 

Таблица 6. Показатели сточных вод по категориям

Показатель
Температура, °С	30- 60	20-.100	80-100	20-90
Запах, баллы	0-.3	3-5	4-7	3-5
рн	7-3	8-12	4,4-6,4	5,5-.6,2
Прозрачность, см	12-.30	10-20	15-25	0-2
Сухой остаток, мг/л	359-500	300-600	1300-2000	450-10 000
БПК.5, мг О2/л	2-10	2-40	100-2500	600-3700
БПКП> мг О2/л	5-12	5-80	180-.3000	950- 4500
ХПК, мг О2/л	5-40	10-100	250-4000	1000-.5500

 

В таблице определены физико-химические показатели сточных вод первичной и вторичной (последрожжевой) барды спиртовых заводов. Стоки первой и второй категорий называются условно-чистыми и сбрасываются в водоемы после предварительного охлаждения и насыщения кислородом. Стоки третьей и четвертой категорий подлежат обезвреживанию методами искусственной биологической очистки.

Объемы сброса стоков по категориям от различных цехов спиртового завода приведены ниже в таблице.

Таблица 7 Количество сбрасываемых сточных вод на спиртовых заводах, м3/1000 дал спирта

Источник сброса	Категория сточной воды
первая	вторая	третья	четвертая
Спиртовой цех		-		4,5
Цех дрожжей хлебопекарных		-	-	27,7
Цех дрожжей сухих кормовых		-	-	136,0
Цех жидкой углекислоты		-	-	3,0
ТЭЦ			-	1,5
И т о г о				172,7

 

Для очистки загрязненных стоков (в том числе барды) в спиртовой промышленности и до настоящего времени применяются поля фильтрации. Это приводит к заражению и загрязнению грунтовых вод, открытых водоемов и атмосферы, вынуждает отводить значительные площади под очистные сооружения.

С загрязненными водами теряется большое количество органических (растворимые углеводы, белки) и минеральных веществ (соли азота, фосфора, микроэлементы), которые могут рассматриваться как потенциальный сырьевой источник для микробиологического синтеза.

Сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, делятся на три категории. К первой категории относятся воды от теплообменников, ко второй — транспортно-моечные, к третьей - воды после замачивания зерна, дезинфекции и гидроподачи солода, мойки технологического оборудования, помещений, лютерная вода, хозяйственно-бытовые стоки. Стоки второй и третьей категорий имеют показатели, приведенные в таблице 7.

Загрязненность сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, сравнительно ниже, чем зерно-спиртовых. Суммарное БПК3 стоков не превышает 700 мг О2/л. Они вполне пригодны для искусственной биологической очистки, поскольку не содержат ксенобиотиков, имеют все необходимые биогенные элементы. Зернокартофельная барда используется на корм скоту и не рассматривается как сточая вода. Количество транспортерно-моечной воды, относящейся ко второй категории, зависит от степени загрязненности и качества сырья - картофеля. В практике работы заводов расход воды на 1000 дал спирта изменяется от 550 до 700 м³.

Таблица 8. Характеристика второй и третьей категорий сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье

Стоки	Температура, С	рН	Взвешенные вещества, мг/л	БПК5, мг О2/л	БПКПОЛН.,мг О2/л	ХПК,мг О2/л
Транспортномоечные		9,0
После замачивания и гидротранспорта зерна		6,1
От промывки и дезинфекции Солода		6,1
От гидротранспорта сырью солода		6,1
От мойки и дезинфекции оборудования цеха разваривания		5,8
От мойки бродильных аппаратов		7,3
Лютерная вода		4,8-8,5
Хозяйственно-бытовые		6.5
Суммарный сток	-	7,6-7,8	300-400	250-680	-	340-850

На заводах, перерабатывающих картофель, средний расход сточной воды третьей категории составлял 233,4 м³ на 1000 дал спирта. При переработке зерна количество сточной воды меньше (160—180 м³ на 1000 дал спирта).

Зернокартофельные спиртовые заводы, несмотря на полную утилизацию барды на кормовые цели в жидком виде, также являются серьезным источником органических загрязнений. На каждые 1000 дал спирта со сточными водами сбрасывается 140 кг органического вещества по БПК5.

Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных. Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах. Теплообменные воды, повышая среднюю температуру вод, с которыми они смешиваются, тем самым затрудняют растворение кислорода воде, а, следовательно, и ход процесса самоочищения. Для сточных вод спиртовых предприятий характерен высокий показатель содержания взвешенных органических веществ. Этот осадок в течение многих лет накапливается в отстойниках и на полях фильтрации, что приводит к переполнению карт полей фильтрации и попаданию сточных вод в открытые водоемы. Уровень БПК (биологической потребности в кислороде) колеблется от 3 мг О₂/л на предпрятиях по производству спирта. Уровень ХПК (химической потребности в кислороде), 2. мг /л, в пивоварении - 1,2. Состав сточных вод позволяет использовать их для орошения сельскохозяйственных культур, что решает задачи очистки и повышения плодородия почвы.

Из рассмотренных выше источников угрозы загрязнения спиртовым производством можно сделать следующий вывод, что спиртовая барда и сточные воды производства являются также источником возникновения ЧС на спиртовом производстве. Риски возникновения ЧС могут быть вероятны, если предприятие будет в неограниченных количествах сбрасывать сточные воды в водный объект или барда попадет в водный объект эта ситуация может привести к ЧС. Рассмотрим анализ сточных вод по предприятиям

В 2012 году согласно отчётности Ростехнадзора 26 предприятий имели выпуски сточных вод в поверхностные объекты, что на 4 предприятия меньше чем в 2011 году. Уменьшение их количества произошло за счет реструктуризации предприятий-водопользователей в основном из-за перераспределения функций водоснабжения и ремонта водопроводных сетей. Объем водоотведения в поверхностные водные объекты составил 37,67 млн. м³, что на 5,34 млн. м³ меньше чем в 2011 году (за счет уменьшения объема стоков в близлежащие водоемы).(9)

ООО «Моя столица». Сведения об объемах производства этилового спирта отсутствуют, и, соответственно, фактический выход барды не определен. По форме №2-ТП (водхоз) объем стоков без очистки составил – 200,0 тыс.м³ /год в 2010году.

ООО «Главспирт». Проектная производительность завода по выпуску спирта - 12000 далл/сут. Образующаяся барда в объеме 1440 тонн/сут. полностью разбирается населением на корм скоту. Проектная производительность цеха по утилизации барды-18000 тонн/сут. На данный период в цехе ведутся пуско-наладочные работы. Условно чистые (без очистки) воды, образующиеся после охлаждения технологического оборудования, сбрасываются в р. Малка. Качество их соответствует данной категории.

ООО «Русь». Проектная производительность завода 2100 далл/сут. этилового спирта, при этом образуется барда в объёме 240 тонн. На спиртовом заводе смонтирован цех по утилизации послеспиртовой барды, полученная сухая масса фасуется в мешки по 30 кг и складируется на поддонах. Условно чистая (без очистки) вода после охлаждения технологического оборудования по качеству соответствует данной категории, сброс ее производится в р. Горячка. Хозяйственно-бытовые и другие производственные стоки сбрасывается в городской коллектор.

ООО «Алькасар». Для очистки сточных вод функционируют очистные сооружения, состоящие из механической очистки (отстойника, жироуловителя) с последующим их поступлением на поля фильтрации (занимаемая площадь 1,128 га).Качество сточных вод, поступающих на поля фильтрации, соответствует СНиП -32-74. Сброс стоков с полей фильтрации не наблюдается. По результатам количественного химического анализа (КХА), взятого выше и ниже полей фильтрации, сбрасываемые стоки на качество воды реки р. Урвань не оказывают.

ООО Инновационный производственный комбинат «Майский». Условно-чистые (без очистки) воды образуются после охлаждения технологического оборудования. Сброс их производится по каналу в реку Черек вместе с водой рыбоводческих озер. Незначительные превышения ПДК были установлены по содержанию азота нитритов, концентрация которых колебалась от 0,024 до 0,027 мг/дм³, среднее за год – 0,021 мг/дм³ при ПДК 0,02 мг/дм³. Влияния сбрасываемых вод (без очистки) на качество воды р. Черек не установлено. Бардосодержащие стоки сбрасываются на поля фильтрации, техническое состояние которых удовлетворительное, утечек стоков не наблюдалось.

ООО «Кабардинский крахмал». Сточные воды поступают в 11 отстойников проектной мощностью 200 м³/сутки. В отстойниках оседает тяжелая фракция дробленого кукурузного зерна, а мелкодисперсная часть сбрасывается в р. Терек. Качество сточных вод остается неудовлетворительным. Превышения ПДК установлено по БПК полн., сухому остатку, азоту аммонийных солей, фосфатам, окисляемости перманганатной в сотни раз. Фон р. Терек загрязнен бардосодержащими стоками, поступающими из Республики Северная Осетия-Алания, что подтверждается результатами анализов.

Таким образом, из данного анализа по стокам предприятий по производству спирта можно сделать следующие выводы: сточные воды спиртовых заводов характеризуются высоким содержанием взвешенных веществ и большим содержанием органических загрязнений. На спиртовых заводах, перерабатывающих картофель, очистка воды осуществляется по двум самостоятельным линиям. Это линия по очистке транспортерно-моечных вод (сооружения механической очистки) и линия очистки производственных и бытовых сточных вод (сооружения биологической очистки). В некоторых случаях производственные сточные воды крахмалопаточных заводов используют для орошения сельскохозяйственных угодий после предварительной механической очистки. Каждое спиртовое производство в зависимости от своей специализации характеризуется своими, присущими только данному производству, источниками образования сточных вод. Поэтому и уровень проблем разный.