Воздействие на окружающую среду предприятий деревообрабатывающей отрасли

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Экология


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет

имени Франциска Скорины"

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии

Дипломная работа

Воздействие на окружающую среду предприятий деревообрабатывающей отрасли

Исполнитель студент

группы ГЭ-52

Н.И. Жордочкина

Научный руководитель

ассистент А.С. Соколов

Рецензент

преподаватель кафедры географии

к. с-х.н. Г. З. Гуцева

Гомель 2013 г.

Реферат

Ключевые слова: лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность; деревообработка; производство бумаги; пиломатериалы; плитные материалы из древесины; древесная биомасса; окружающая среда; биологические загрязнения; экологические проблемы; атмосфера

Объект исследования: деревообрабатывающая промышленность

Цель дипломной работы: оценка загрязнения атмосферы предприятиями лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.

Методы исследования: описательный, сравнительный, обобщающий

Полученные результаты: были проведены газопылевые испытания вентиляционной системы АС-51, которая находится на ЧПУП «Гомельобои» на столярном участке ремонтно-механического цеха. В результате на входе в ГОУ была получена средняя концентрация равная 438,999 мг/м3, а на выходе 39,823 мг/м3. Концентрация твердых частиц на выходе из ГОУ не превышает 50 мг/м3, что соответствует требованиям СНБ 4. 02. 01−03. По результатам замеров была рассчитана эффективность очистки, которая составила 91,2%. Параметры работы газоочистной установки соответствуют проектным значениям. Работу ГОУ следует считать эффективной.

По данным проекта нормативов допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух ЧПУП «Гомельобои» относится ко второй категории воздействия. По результатам инвентаризации суммарные выбросы загрязняющих веществ составили — 26,51 834 г/с и 163,630 848 т/год.

Очень остро стоит в настоящее время проблема отходности целлюлозно-бумажных комбинатов. Многотонные отходы этих предприятий складируются, занимая большие площади и отрицательно воздействуя на окружающую среду. Основными методами борьбы с отходами являются их сжигание либо переработка с целью получения полезных продуктов.

Введение

В состав отрасли входят следующие подотрасли: лесозаготовительная — заготовка и транспорт древесины; лесная — выпускает деловую древесину, пиломатериалы; деревообрабатывающая — производство строительных деталей из дерева и плит на древесной основе, мебели, спичек, фанеры, производство и ремонт деревянной тары; целлюлозно-бумажная — производство целлюлозы, бумаги, картона; лесохимическая и гидролиз дерева. Лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность — одна из старейших отраслей Беларуси.

С каждым годом растут потребности в ресурсах, всё больше выпускается продукции, а следовательно в разы увеличивается вырубка деревьев. Не стоит забывать о том, что помимо вырубки леса деревообработка является загрязнителем окружающей среды. А именно, выбросы в атмосферу, сбросы в гидросферу и педосферу. Актуальность данной дипломной работы и заключается в освещении вопросов экологического загрязнения окружающей среды деревообрабатывающей отраслью и методов, использующихся на производстве для уменьшения вредоносного воздействия.

Также здесь описывается проблема утилизации отходов и переработки макулатуры в целлюлозно-бумажной промышленности, которая остаётся актуальной и сейчас [6].

Лесной фонд Беларуси насчитывает более 9,4 млн. га, лесистость территории 39%. Запас древесины на корню оценивается в 1,6 млрд. м3. Ежегодный прирост составляет 31,4 млн. м3 древесины. На оного жителя республики приходится 0,86 га покрытых лесом земель и более 170 м³ древесного запаса. В Беларуси одновременно с увеличением общей площади лесного фонда наблюдается и устойчивый рост площадей приспевающих, спелых и перестойных насаждений. За двадцатилетний период площадь спелых древостоев увеличилась более чем в два раза. За последние 60 лет лесистость республики увеличилась почти вдвое и достигла максимального значения за более чем столетний период (1901 год — 37,6%). В результате планового регулирования объемов рубок леса, в первую очередь, рубок главного пользования, общий запас насаждений увеличился в 1,6 раза, запасы спелой древесины составили 202 млн. м3. Если в 1989 году доля спелых лесов составляла всего 2,3%, то сегодня уже 11%.

Ежегодно увеличивается расчетная лесосека по рубкам главного пользования лесом (научно обоснованная норма изъятия ресурсов спелой древесины). На 2010 год она была утверждена в размере 7,6 млн. м3, на 2011 год — 8,3 млн. м3, на 2012 год — 8,7 млн. м3, на 2013 год — 9,3 млн. м3 [3].

Экспорт лесной продукции является для Беларуси источником поступления валюты. Беларусь экспортирует в страны СНГ мебель, обои, тару, фанеру, древесноволокнистые плиты. Потенциальные потребности в древесине Украины огромны? 26 млн. м3 в год. Потребности Молдовы, Армении, Азербайджана, Грузии равны 18 млрд. м3 в год [6].

Целью данной дипломной работы является оценка загрязнения атмосферы предприятиями лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности

В дипломной работе были поставлены следующие задачи:

1) Рассмотреть производственно-технологические основы лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности;

2) Дать комплексную характеристику деревообрабатывающей отрасли Гомельской области;

3) Изучить воздействие отрасли на природную среду (на примере ЧПУП «Гомельобои»);

4) Охарактеризовать мероприятия по защите окружающей среды на предприятии и дать оценку их эффективности.

1. Технологические основы деревообрабатывающей промышленности и влияние предприятий деревообработки на природную среду

Группа лесной промышленности имеет дело с пиломатериалами и другими древесными материалами. Список изделий из дерева весьма обширен. Основные отрасли данной промышленности включают в себя:

— лесозаготовку

— лесопилки

— измельчение и изготовление фанерного шпона

— изготовление деревянной тары

— строительство деревянных зданий

— другие продукты из дерева.

Для того чтобы использоваться в дальнейшем дерево должно быть переработано в некоторые основные виды материала. На это направлены первые три упомянутые отрасли лесной промышленности.

В данных отраслях используется примерно 20 технологических процессов, среди которых: распиливание, измельчение, компрессионная формовка, формовка, обработка абразивными материалами, сверление, химическая обработка и т. п. [6].

1.1 Деревообработка

Деревообработка — одна из быстроразвивающихся и перспективных отраслей промышленности. И не менее значимый фактор это то, что древесина — сырье, запасы которого могут непрерывно восстанавливаться в отличие от невозобновляемых (газа, угля, руды, нефти, торфа и др.). Из этого следует вывод — для того чтобы деревообработка динамично развивалась, не нужно стоять на месте, нужно внедрять новые технологии деревообработки, вводить в эксплуатацию новое оборудование, повышать квалификацию персонала.

Перспективным планом развития деревообрабатывающей отрасли предусмотрено увеличение объемов производства продукции, повышение производительности труда, более полное использование лесосырьевых ресурсов.

Один из путей повышения эффективности лесопиления — концентрация и специализация лесопильного производства, ввод в эксплуатацию новых технологий деревообработки. Технический уровень лесопильного производства будет повышаться за счет создания и внедрения нового оборудования, ввода оптимальных методов раскроя пиломатериалов. В этом направлении намечаются следующие мероприятия:

— механизация выгрузки и сортировки сырья перед распиловкой по диаметрам и качеству;

— замена лесопильных рам и обрезных станков устаревших моделей новыми;

— внедрение линии агрегатной переработки бревен диаметром до 24 см;

— применение пакетоформирующих линий, высокопроизводительных сушильных камер, линий браковки и сортировки пиломатериалов;

— дальнейшее развитие пакетного метода перевозки материалов;

— переработка отходов на технологическое сырье и короткомерных пиломатериалов на клееную слоистую древесину и бурно развивающуюся в последнее время биотопливо.

В фанерной промышленности основные усилия направлены на повышение производительности труда, расширение ассортимента и улучшение качества продукции. Для этого следует шире применять термическую обработку сырья в открытых бассейнах; технологию склеивания фанеры с предварительной холодной подпрессовкой пакетов; увеличение этажности горячих прессов с 15 до 25; линии окорки и разделки сырья; линии сборки и склеивания фанеры; роликовые газовые сушильные камеры с сопловым дутьем; механизацию складских работ [6].

Дальнейшее развитие производства ДСП пойдет по пути повышения технологического уровня и увеличения мощности действующих заводов; модернизации горячих прессов и увеличения их этажности; интенсификации технологического процесса за счет повышения температуры плит пресса; внедрения технологии облагораживания поверхности плит слоем тонкоразмолотой древесноволокнистой массы и окрасочными композициями; совершенствования технологии сухого и мокрого способов производства плит, отвечающих требованиям деревянного панельного домостроения [1].

В домостроении предстоит разработать новые конструкции элементов домов, отличающиеся технологичностью изготовления и отделки, создать и внедрить технологию и оборудование для индустриального изготовления и отделки элементов панельных деревянных домов. Кроме того, необходимо создать атмосферо-, био- и огнестойкие конструкционные и облицовочные материалы на основе измельченной древесины, а также теплоизоляционные материалы.

Техническое перевооружение мебельного производства будет осуществляться за счет совершенствования системы проектирования и повышения технологичности мебели; дальнейшей концентрации производства, углубления технологической специализации и межотраслевой кооперации; совершенствования технологии и внедрения перспективных технологических процессов на базе новых видов материалов; комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Технологическая специализация будет развиваться в направлении создания и расширения комбинатов мебельных деталей, специализирующихся на выпуске как щитовых, брусковых и клееных деталей, так и стекольно-зеркальных изделий, мягких и декоративных элементов, раскрое тканей и т. п.

Внедрение химических материалов повысит уровень химизации мебельной промышленности, что приведет к сокращению расхода массивной древесины, строганого шпона, фанеры. Повышение уровня комплексного использования сырья, связанного с применением древесных отходов в промышленных целях, также позволит сохранить эти ценные материалы для других нужд народного хозяйства.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что решающее условие дальнейшего развития лесной и деревообрабатывающей промышленности — увеличение производительности труда, основанное на ускорении научно-технического прогресса. Мы должны стремиться к возрастанию производительности труда, к снижению себестоимости продукции. Технический прогресс должен идти в направлении создания и применения новых, более производительных и безотходных методов технологии деревообработки, создания новых видов конструкций выпускаемых машин, механизмов и приборов, применения более современного производительного оборудования, в том числе роботов и станков с программным управлением, механизации производственных процессов, внедрения научной организации труда и производства [1].

1.2 Основные этапы производства бумаги

1 этап. В первую очередь следует начальная подготовка готового древесного сырья. Подготовленная древесина (ель, сосна) пилится на специальных слесарных станках с дисковой пилой на брус длиной 1,2 м, затем снимается кора (окаривание) на окорочном станке сухим методом. С помощью рубительной машины окоренные заготовки измельчаются в технологическую щепу.

2 этап. Второй этап — это изготовление полуфабриката из термомеханической и древесной массы. В специализированных цехах (древесно-массных) производят древесную массу, которая получается методом механического истирания в дефибрерах мерного баланса. Балансы загружают в дефибреры, затем, их прижимают на протяжении всей длины к керамическому вращательному камню. За счет вращения камня прижатая к нему древесина разделяется на отдельные волокна. После этого древесную массу сортируют, очищают, сгущают, отбеливают.

Цеха термомеханической массы предназначены для изготовления из щепы технологической термомеханической массы. Для ее получения пропаренную щепу под давлением подвергают двухступенчатому размолу. Масса термомеханическая также проходит этапы сортировки, сгущения, отбеливания.

3 этап. Изготовление бумаги. Бумагу, из которой в будущем делают буклеты, получают путем смешения, полученных в ходе первого и второго этапов, полуфабрикатов (массы древесной и массы термомеханической), а также товарной беленной сульфатной целлюлозы привозной.

Масса бумажная подается на бумагоделательную машину только после прохождения подготовительных этапов: сортировки, очистки, тонкого сортирования и деаэрации. В сеточной части бумагоделательной установки формируется бумажное полотно, которое обезвоживаются за счет давления валов пресса. Затем, бумажное полотно сушат в специальных сушильных цилиндрах, работающих на пару, придают ему дополнительную гладкость за счет пропускания бумаги через валы каландровые. Завершающий этап — эта намотка гладкой бумаги на валы наката. Продольно-резательный станок разрезает готовое бумажное полотно на рулоны необходимых форматов. После этого разрезанную бумагу упаковывают и складируют. Готовые бумажные рулоны поставляются заказчикам в железнодорожных вагонах, водным и автомобильным транспортом.

Процессы изготовления бумаги

При изготовлении бумаги, на которой в будущем будет производиться печать листовок, материалы его составляющие, проходят несколько этапов: аккумулирование массы бумажной, доведение ее до требуемой концентрации путем разбавления водой; очистка бумажной массы от сторонних включений, узелков; нанесение массы на сетку и формирование на сетке из бумажной массы бумажного полотна; высушивание бумажного полотна и прохождение его через пресс; механическая отделка бумаги и намотка её (картона) в рулоны. Бумагоделательная машина в технологическом процессе изготовления бумаги представляет самостоятельный агрегат, отдельные узлы которого устанавливаются в определенной последовательности у монтажной оси.

Аккумулирование. Бумажную массу изготавливают в размольно-приготовительных цехах. Необходимые волокнистые материалы, наполнители, а также материалы, проклеивающие и окрашивающие, с учетом вида будущей бумаги, добавляются в определенном соотношении в составитель композиции или дозатор. После этого они направляются в мешальный бассейн. В мешальном бассейне бумажная масса тщательным образом перемешивается, затем, аккумулируется, то есть накапливаются.

Аккумулирование бумажной массы необходимо для поддержания бесперебойной работы машины в какой-то определенный промежуток времени. Бумажная масса в бассейне поддерживается в определенной концентрации. Обычно на уровне 3,5%.

Рафинирование. Перед подачей бумажной массы на бумагоделательную машину она проходит процесс рафинирования в агрегатах непрерывного действия (конических и дисковых мельницах). За счет рафинирования в бумажной массе выравнивается степень помола массы, устраняются пучки волокон, подмол массы. Рафинирование производится до попадания бумажной массы в мешальный бассейн, непосредственно перед загрузкой ее в бумагоделательную машину [2].

1.3 Плитные материалы из древесных отходов

Древесина является натуральным и экологическим материалом. Спектр ее использования обширен, и первую позицию занимает строительство.

В стране ее заготавливают в огромных количествах. Но вместе с тем, встает «больной» вопрос об утилизации отходов, остающихся на лесозаготовках и местах переработки древесины. Древесные отходы — это остатки продукции, которые частично или полностью утратили потребительскую стоимость исходного материала. Востребованы в народном хозяйстве как дополняющие основной материал другого производства или же как самостоятельное сырье.

Кусковой древесный мусор идет на создание клееных панелей, щитов и плит, щитового паркета, дверных коробок, кровельной и штукатурной драни, для заготовок для столярного производства, на арболит и стеновых блоков из него, древесноволокнистых плит. Довольно успешно заменяет древесину. Древесноволокнистые плиты являются активно используемым материалом для отделки. Арболит также известен своим частым использованием в роли стенового материала.

Как компонент для создания древесно-стружечных плит, берется технологическая и дровяная древесина, кусковые отходы с лесопильни и фанерных производств, стружка.

Материал для термопластиков получается как результат подготовки измельченной древесины при высоких давлениях и температуре. При этом связующие вещества отсутствуют. Существует два способа: способ, не требующий предварительной обработки отходов, и способ, включающий гидрообработку перед прессованием.

Итак, опилки с естественной влажностью попадают в бункер, затем на электромагнитный сепаратор, на инерционном сортировочном конвейере отсеиваются габаритные куски и примеси. В таком виде она попадает в топку сжигания, следующий шаг — это сушка опилок во взвешенном состоянии, под струями горячего газа, поступающими из топки. В конце все это фильтруется и опилки оседают в бункер. Остается только расфасовка по формовочным пакетам на конвейере и отправка на время формовки под гидравлический пресс, у которого дополнительно может быть установлен цифровой видеорегистратор для полного контроля процесса прессования. Возможен способ производства пьезотермоплиток как плиток для пола [1].

1.4 Особенности сжигания древесной биомассы

Технологические свойства древесной биомассы оказывают существенное влияние на конструкцию топочных устройств, в которых осуществляется ее сжигание, и в значительной мере определяют при этом показатели работы паровых и водогрейных котлоагрегатов котельных лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий.

Получение экономии топлива в котельных, работающих на древесных отходах, зависит от того, насколько обслуживающий персонал обеспечивает своевременную квалифицированную разработку и проведение мероприятий для эффективной и экономичной работы котлоагрегатов на основе знания специфических особенностей древесной биомассы, рассматриваемой как топливо.

Специфические особенности древесной биомассы как топлива. Важной особенностью древесной биомассы как топлива является отсутствие в ней серы и фосфора. Как известно, основной потерей тепла в любом котлоагрегате является потеря тепловой энергии с уходящими газами. Величина этой потери определяется температурой отходящих газов. Эта температура при сжигании топлив, содержащих серу, во избежание сернокислотной коррозии хвостовых поверхностей нагрева поддерживается не ниже 250 °C. При сжигании же древесных отходов, не содержащих серу, эта температура может быть понижена до 120 °C, что позволит существенно повысить КПД котлоагрегатов. Таким образом, одним из реальных мероприятий по экономии топлива в котельных лесопромышленных предприятий является установка дополнительных хвостовых поверхностей нагрева к котлоагрегатам, работающим на древесных отходах.

Влажность древесного топлива может изменяться в очень широких пределах. В мебельном и деревообрабатывающем производствах влажность некоторых видов отходов составляет 10%. В лесозаготовительных предприятиях влажность основной части отходов составляет 45%-55%.

Влажность коры при окорке отходов после сплава или сортировки в водных бассейнах достигает 80%. В дальнейшем будет показано, что повышение влажности древесного топлива снижает производительность и КПД котлоагрегатов. В целях экономии энергии необходимо в котельных лесопромышленных предприятий предусмотреть проведение мероприятий по снижению влажности древесного топлива, поступающего в топочные устройства [1].

Выход летучих при сжигании древесного топлива очень высок он достигает 85%. Это является также одной из особенностей древесной биомассы как топлива и при полугазовых топках позволяет иметь большую протяженность факела, в котором осуществляется сгорание выходящих из слоя горючих компонентов, создающее условия для эффективной работы радиационных поверхностей нагрева котлоагрегата.

Продукт коксования древесной биомассы — древесный уголь отличается высокой реакционной способностью по сравнению с ископаемыми углями. Высокая реакционная способность древесного угля обеспечивает возможность работы топочных устройств при низких значениях коэффициента избытка воздуха, что положительно влияет на эффективность работы котельных установок при сжигании в них древесной биомассы.

Однако наряду с этими положительными свойствами древесина имеет особенности, отрицательно влияющие на работу котлоагрегатов. К таким особенностям, в частности, относится способность поглощения влаги, т. е. увеличение влажности в водной среде. При сплаве древесины, сортировке ее в водных бассейнах, хранении под открытым небом влажность древесины повышается. Предельное количество воды, которое может поглотить древесина, складывается из максимального количества связанной и свободной влаги. Наибольшее количество связанной влаги определяется пределом насыщения стенок клеток, а количество свободной влаги зависит от объема пустот между клетками и внутри них. В первом приближении максимальное количество влаги может быть подсчитано по определенной формуле.

Кроме того, при выводе формулы сделано предположение, что все пустоты древесины заполняются влагой. В действительности в некоторую часть пустот вода проникнуть не может, поэтому результаты, полученные по формуле, будут превышать опытные данные. Однако для целей теплотехнических расчетов это имеет даже положительное значение — полученные результаты являются как бы предельными с точки зрения определения наихудших условий.

Характерной особенностью древесины как топлива является незначительное содержание внутренней золы (не превышает 1%). В то же время внешние минеральные включения у отходов лесозаготовок иногда достигают 20%. Зола, образующаяся при сгорании чистой древесины тугоплавка, и удаление ее из зоны горения топки не представляет особой технической сложности. Минеральные включения в древесной биомассе легкоплавки. При сгорании древесины со значительным их содержанием образуется спекшийся шлак, удаление которого из высокотемпературной зоны топочного устройства затруднено и требует для обеспечения эффективной работы топки особых технических решений. Спекшийся шлак, образующийся при сжигании высокозольной древесной биомассы, имеет химическое сродство с кирпичом, и при высоких температурах в топочном устройстве спекается с поверхностью кирпичной кладки стенок топки, что затрудняет шлакоудаление [8].

1.5 Производство технологической щепы

В процессе изготовления пилопродукции получается большое количество отходов: горбыльный обапол, рейки, вырезки. Для комплексного использования древесины налаживают производство технологической щепы из всех кусковых отходов, которая является сырьем для целлюлозно-бумажной промышленности, древесно-стружечных, древесноволокнистых плит и биотопливной промышленности.

Технологическая щепа — это размельченная древесина, имеющая определенные размеры частиц. Для производства технологической щепы высокого качества нужно учитывать один из важных факторов, такое как качество технологической щепы, — ее однородность по длине и толщине. Для различных производств размеры щепы различны. Оптимальные размеры щепы составляют, мм: для целлюлозно-бумажного производства 18? 5; древесноволокнистых плит 25? 5; древесно-стружечных плит плоского прессования 40? 30; гидролизного производства 20? 5. Фракционный состав щепы нормируется. Количество разных примесей ограничивается в зависимости от назначения щепы: коры? до 17%, гнили? до 6%, минеральных примесей? до 1,5%. Обугленные частицы и металлические включения не допускаются для всех видов производства.

Кусковые отходы целесообразно перерабатывать на технологическую щепу на предприятиях, где они имеются. Процесс производства технологической щепы состоит из следующих операций: транспортирования кусковых отходов и удаления металлических включений; измельчения древесины на рубительных машинах; сортирование щепы по фракциям; удаления мелочи; повторного измельчения отсортированной крупной щепы и сортирования; отгрузки щепы.

Отходы производства ленточным конвейером подаются к рубительной машине. Перед ней установлен электронный металлоискатель. Между концом конвейера и рубительной машиной предусмотрен зазор, а под ним люк, куда ссыпаются мелкие отходы, опилки и мусор. Щепа из рубильной машины попадает на конвейер и далее через дозатор на щепосортировочное устройство. Крупная щепа с верхнего сита ссыпается на конвейер и направляется на вторичное измельчение в дезинтегратор, далее в циклон и снова на конвейер и на сортировку. Кондиционная щепа из щепосортировочной установки конвейером (или пневмосистемой) подается в бункерную галерею и далее в автощеповоз. Отсортированная мелочь удаляется конвейером в сборный бункер или в котельную завода.

Рубка щепы. Щепу рубят на рубительных машинах. Тип рубительных машин характеризуется механизмом резания и загрузочным устройством. Механизм резания состоит из ротора с режущими ножами и двигателя привода ротора. Загрузочное устройство состоит из загрузочного патрона с одним или несколькими опорными ножами (контрножами) и механизма подачи сырья. Роторы рубильных машин делятся на дисковые и барабанные. Поверхность ротора (между ножами) делают плоской или винтовой — геликоидальной. Геликоидальная форма ротора и задних граней рубительных ножей создает условия для получения щепы одинаковой длины, что повышает качество технологической щепы. При геликоидальной форме поверхности и достаточно большом числе ножей обеспечивается самоподача сырья в машину, отпадает необходимость в подающих механизмах. Сырье, поступающее в машину, опирается при резании на кромку загрузочного патрона. Кромка быстро изнашивается, и поэтому у большинства машин ее делают в виде сменной пластины — опорного ножа (контрножа). Зазор между кромкой ножа и контрножа должен быть минимальным 0,5 — 1,0 мм. В зависимости от направления подачи (горизонтальной или наклонной) загрузочные патроны устанавливают к диску под углом 90 0 или 35 0 — 53 0.

Для рубки отходов лесопиления чаще всего используют рубильные машины с геликоидальным диском МРН-25 и МРГ-18, что позволяет получить около 92% кондиционной технологической щепы. Производительность МРГ-18 составляет 12 м³ плотной древесины в час; МРН-25 — 25 м³ щепы в час.

Сортирование щепы. Сортированием отделяются от массы щепы крупные частицы и мелочь. Для выработки технологической щепы применяют сортировочные машины СЩ-1М и СЩ-120 вибрационного типа. У СЩ-1М ситовая коробка расположена на раме, расположенной на станине. Рама при помощи эксцентрикового привода совершает колебательные движения. Щепа подается в загрузочный лоток. Крупная щепа, не прошедшая через верхнее сито, ссыпается через край лотка и направляется конвейером в дезинтегратор. От щепы, прошедшей сквозь верхнее сито, отделяются мелкие частицы и опилки, прошедшие через два нижних сита и направляются на конвейер для мелочи. Кондиционная щепа ссыпается на конвейер и далее подается в бункерную галерею.

Складирование щепы. Для накопления технологической щепы и кратковременного ее хранения служит бункерная галерея, представляющая собой емкость, в верхней части которой установлен ленточный или скребковый конвейер, подающий щепу в бункер. В нижней части емкости предусмотрено устройство для загрузки щепы в щеповоз. Бункерную галерею располагают на высоте, достаточной, чтобы под нее въехал щеповоз. Вместимость бункерной галереи 50 — 100 м³. Для длительного хранения больших объемов щепы используют открытые склады сезонного хранения щепы. К потребителю щепу транспортируют автощеповозами, железнодорожным транспортом в специальных вагонах, баржами по воде [9].

1.6 Технология производства топливных брикетов из древесных отходов

Идея производства биотоплива из древесных отходов за последние годы захватило умы чуть ли не всех, кто связан с переработкой древесины в России, Беларуси, на Украине. Ресурсы полезных ископаемых планеты по различным оценкам ограничены, их запасов на нужды теплоэнергетики хватит максимум на 100 лет. Поэтому развитие альтернативной или возобновляемой энергетики является актуальным, прибыльным и своевременным направлением работ.

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Типичная лесопилка перерабатывает около 60% древесины в доски, при этом 12% уходит в отпил, 6%? концевые обрезки и 22%? горбыль и обрезки кромок. Объем интересующего нас сырья (отпила и стружки) на этапе деревообработки достигает 12% от исходного сырья. Одним из основных направлений утилизации древесных отходов является их использование для получения тепловой и электрической энергии. В последние годы энергетическое использование древесных отходов рассматривается как альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO2-нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Технологии переработки опилок и древесных отходов способны сделать деревообрабатывающее производство безотходным и экологически чистым. Переработка древесных отходов в топливные брикеты решает многие проблемы, связанные со вторичной переработкой отходов древесины в процессе производства.

Брикеты — спрессованные изделия цилиндрической, прямоугольной или любой другой формы, их длина обычно до 300 мм.

В основе технологии производства древесных топливных брикетов лежит процесс прессования мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании, связующим элементом является легнин, который содержится в клетках растений. Брикеты получаться прямым прессованием на гидравлическом или механическом прессе. Кроме того, можно использовать метод шнекового прессования, когда продукция выходит непрерывно [1].

Спрос на топливные брикеты в странах Европы постоянно высокий и нет предпосылок к насыщению. Существует мнение, что за рубежом спросом пользуются больше гранулы. Однако, спрос на топливные брикеты в Европе также постоянно высокий и цены на него непрерывно растут и они не меньше, чем за брикеты [3].

1.7 Сбросы в гидросферу и педосферу в сульфат-целлюлозном производстве

Основными источниками загрязнения гидросферы и педосферы в сульфат-целлюлозном производстве являются отбельный, варочный и кислотный цеха.

Варочный и кислотный цеха. В сток попадают органические соединения, образующиеся при варке, и остаточные химикаты. Так при выпуске 3 млн. т. в год целлюлозы образуется 3,5 млн. т. в год отработанных щёлоков в пересчёте на сухое вещество или примерно 7 млн. т. в год в пересчёте на 50% концентрат. Из них около 2 млн. т. в год можно утилизировать в виде спирта, кормовых дрожжей. Остальные 75% сухих веществ отработанных щёлоков сбрасывается в очистные сооружения или непосредственно в водоёмы.

Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты), а при делигнификации древесины содержащей фенольные фрагменты лигнин (содержание которого в древесине лиственных пород около 30%, в хвойных породах — до 50%) взаимодействует с хлорными реагентами, образуя диоксины и фураны (или их предшественников), которые являются высокотоксичными экотоксикантами.

Сбросы в реки и почву с ЦБК увеличивают содержание взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, органических соединений, ряда металлов, веществ метоксильных, карбоксильных и фенольных групп. По этим параметрам ПДК превышены в несколько раз.

Самыми опасными и заслуживающими дальнейшего рассмотрения токсинами, безусловно, являются диоксины и фураны.

Диоксины — группа высокотоксичных экотоксикантов — полихлорированных дибензодиоксинов и дибензофуранов.

O

Cln Cln (1)

O

ПХДД (I)

Cln Cln (2)

O

ПХДФ (II)

Здесь n = 2…4. Диоксины и фураны могут иметь в своём составе чётное (обычно 4, 6 и 8) или нечётное (как правило, 5 или 7) число атомов хлора. Для обозначения положения атомов хлора в бензольных кольцах диоксинов и фуранов используют цифры в соответствии с правилами «Женевской номенклатуры органических соединений» [4].

Таблица 1 — Сбросы в водоёмы и почву в сульфат-целлюлозном производстве

Ингредиент

Источник сбросов

Взвешенные вещества

Сульфат-целлюлозное производство (нерастворимые частицы)

Сульфаты (К2SO4, KHSO4, диорганилсульфаты и органилсульфаты)

Сульфат-целлюлозное производство

Хлориды (KCl, NaCl) и хлораты (KClO3, NaClO3)

Отбельный цех

Нефтепродукты

ИРП (мазут)

Фенолы

Лигнин (Сульфат-целлюлозное производство)

Органические соединения (жирные кислоты, сульфатное мыло, ароматические соединения, клейкие вещества и др.)

Производство побочных продуктов, варочно-промывной цех, РП

Диоксины и фураны

(фенолы и хлорные реагенты). Сульфат-целлюлозное производство, отбельный цех

Металлы (Mg, Zn)

Сульфат-целлюлозное производство

Тёплая вода

Газоконтактный испаритель, варочно-промывной цех, выпарной цех, РП СРК, ИРП

Необходимо заметить, что предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксинов и фуранов для взрослого человека составляет 320 триллионных частей грамма в день и что такая ежедневная доза приводит к риску возникновения рака и других онкологических заболеваний. Если сопоставить два вида смертельных доз диоксинов и фуранов: минимальную летальную дозу MLD (характеризующую общую токсичность) и половину полной летальной дозы LD50 (при которой погибнет 50% исследуемых живых организмов). Оказалось, что по общей токсичности (MLD, моль/кг) диоксины и фураны (3,1 • 10−9) превосходят самые сильные химические яды: стрихнин (1,5 · 10−6), цианистый натрий (3,1 · 10−4) и боевое отравляющее вещество диизопропилфторфосфат (1,6 · 10−5). Что касается значений LD50 (мг/кг), то они для диоксинов и фуранов изменяются следующим образом: 0,5 (куры), 0,3 (собаки), 0,1 (кошки и мыши), 0,05 (крысы) и 0,001 (морские свинки).

Допустимая суточная доза диоксинов и фуранов. В США эта доза равна 0,006 пкг на килограмм веса человека, тогда как в России она существенно выше — 10 пкг/кг. Норма загрязнения питьевой воды в нашей стране — 20 пкг/л, а ПДК для атмосферы — 0,5 пкг/м3. Поэтому человек весом в 60 кг при условии, что он потребляет три литра воды в день, может получить с водой лишь 10% диоксинов и фуранов от суточной нормы. В тоже время расчёты показывают, что при потреблении даже нежирной рыбы (с количеством жира до 5%), в которой количество диоксинов и фуранов может быть около 50 пкг/г жира, 500 граммов рыбы даст уже 1250 пкг токсикантов, что в 2 раза превышает допустимую суточную дозу, а если речь идёт о рыбе с количеством жира 50%, которая легко биоаккумулирует хлорорганические экотоксиканты, в этом случае имеют место существенно более высокие уровни накопления диоксинов и фуранов, а, следовательно, более серьёзные экотоксилогические эффекты.

Кроме химического загрязнения водоёмов происходит тепловое загрязнение воды. Это происходит вследствие использования больших объёмов воды в течение технологического процесса, а также использования воды в теплообменниках и конденсаторах для охлаждения, после чего нагретая вода попадает со стоком предприятия в гидросферу [4].

1.8 Проблема утилизации отходов целлюлозно-бумажной промышленности и переработки макулатуры

Очень остро стоит в настоящее время проблема отходности целлюлозно-бумажных комбинатов. Многотонные отходы этих предприятий складируются, занимая большие площади и отрицательно воздействуя на окружающую среду.

Наиболее остро в настоящее время стоит проблема утилизации лигнина и шламов. Основными методами борьбы с отходами являются их сжигание либо переработка с целью получения полезных продуктов. Факторами ограничивающими возможность термической утилизации отходов являются высокая загрязнённость, низкая температура плавления некоторых отходов, наличие крупногабаритных включений и значительных колебаний насыпной плотности сжигаемых отходов. К приемлемым технологиям сжигания относят колосниковое сжигание и сжигание в кипящем слое. Основным достоинством же термических методов является их относительно низкая стоимость. Переработка отходов бумажных фабрик эффективна сточки зрения экологии, но убыточна по экономическим показателям. С другой стороны из отходов отрасли можно получить много ценных и полезных продуктов[5].

Таблица 2 — Содержание компонентов в растительном сырье

В процентах

Общая зола

Лигнин

Гемицеллюлоза

Целлюлоза

Мягкая древесина

0,4

27,8

24,0

41,0

Твёрдая древесина

0,3

19,5

35,0

39,0

Солома злаков

6,6

16,7

28,2

39,9

Физические характеристики лигнина:

Удельная масса — от 0,2 до 0,3 г/см3;

Влагоёмкость — от 300% до 450%;

Кислотность — от 1,9 до 2,2.

Таблица 3 — Химический состав 100 г сухого вещества лигнина

В мг

Вещество

Вес

Нитратный азот

5,40

Подвижный фосфор

7,00

Калий

167,50

Кальций

106,00

Магний

66,00

Цинк

> 4,00

Марганец

1,80

Медь

0,33

Железо

2,50

Кроме того, лигнин содержит редуцирующие вещества, полисахариды метоксильных, карбоксильных и фенольных групп, золы и кислоты. Лигнин содержит 78%? 97% органического сырья [4].

Лигнин — аморфное, полифункциональное высокомолекулярное ароматическое соединение, состоящее из фенилпропановых структурных единиц, и не является веществом постоянного состава. Лигнин — конечный продукт растительного метаболизма.

Лигносульфониты образуют комплексы с ионами ряда металлов и, следовательно, их применяют для удаления из почвы элементов, препятствующих нормальному росту растений. Гидролизный лигнин — универсальный сорбент, увеличивающий воздухопроницаемость и пористость, улучшающий структуру и другие физико-химические свойства почв. Лигнин используют при выращивании съедобных грибов, используют в качестве сорбента азот-фиксирующих бактерий, а также используется в качестве компоста в сельском хозяйстве [6].

В утилизации лигнин используется в составе органо-минеральных удобрений (наличие в шламовых отходах ростовых факторов, а также макро- и микроэлементов позволило рекомендовать их в качестве составных частей органо-минеральных удобрений). Органо-минеральные удобрения способны адсорбировать хлор и сульфат ионов, содержащихся в почве. Повышать накопление почвой азота, фосфора и калия.

Различные виды лигнинов в почве под воздействием почвенных бактерий постепенно превращаются в гумусовые вещества, которые способствуют плодородию почвы. Применяют также аммонизированный лигнин, где часть азота (25%) находится в виде сульфат аммония, а 75% азота химически связано с лигнином, поэтому он обладает пролонгированным характером действия. При внесении в почву он быстро не вымывается, а усваивается растениями постепенно, по мере разложения лигнина микроорганизмами до низкомолекулярных соединений. Почва обогащается микро- и макроэлементами. Активируются микробиологические процессы, за счёт чего повышается плодородие почвы [7].

Применение ресурсосберегающих технологий, каковыми являются и переработка отходов ЦБК и переработка макулатуры, кроме положительных моментов связанных с уменьшением потребления лесных ресурсов, имеет и свои отрицательные стороны. Прежде всего, это связано с включением новых технологических циклов на предприятии, применением необходимых по технологии вредных химических веществ, а также отходы появляющиеся в процессе переработки макулатуры [1].

Процесс переработки макулатуры в бумагу включает в себя следующие стадии обработки: роспуск, очистка при высокой концентрации, предварительное сортирование, флотация, очистка от тяжёлых включений, тонкое сортирование с удалением лёгких инородных включений, сгущения на дисковом фильтре и винтовом прессе, диспергирования, окончательной флотации и последующего сгущения товарной массы на двухсеточном прессе, с последующей сушкой массы для внутреннего пользования на винтовом прессе с последующей передачей на хранение. Белизна 60%, зольность 4%. Из-за присутствия в макулатурной массе смоляных веществ необходимо применять шлицевые сортировки и центриклиперы.

Макулатуру распускают гидроразбавителем высокой концентрации с добавками химикатов Н2О2 — 1%, NaOH? 0,75%, NaSiO3? 1,25%, ДТПА? 0,25%, жирные кислоты? 0,08%, также присутствуют NH и OH. Причём данные приведены для лучшей на данный момент технологии. При переработке на формовочных тканях и прессовых частях выпадает осадок полимерные компоненты («клейкие осадки»), но также много химикатов образуется при смывке типографской краски — 30% минеральных веществ (глина, тальк, диоксид титана); 20%? канифоли, жирные кислоты и их производные; 20%? полимерные материалы; 7%? углеводородных масел; остальное? волокна и неидентифицированные материалы. В осадках обнаружено значительное количество мыл. Возникла проблема механических (накипь) и биологических (смолы и слизь) отложений на оборудовании и трубопроводах. Отходы при переработке макулатуры составляют 16% (сухие вещества) из них 50% горючие вещества. Зола и отходы процесса смывки типографской краски содержат тяжёлые металлы. А при сжигании отходов переработки макулатуры выделяются хлорорганические вещества, также оказывающих неблагоприятное воздействие на окружающую среду [4].

Все отходы от переработки макулатуры можно разделить на:

— отходы сортировок;

— шламы;

— остатки от сжигания;

— отходы бумаги;

— сточные воды

Один из методов уменьшения вредного воздействия? метод магнитной обработки для обесцвечивания макулатурной массы [8].

Состав концентрированной макулатурной массы 0,3%? 2%, с температурой 25 0С — 65 0С, рН от 7 до 11, подвергают десятиминутной магнитной обработке. Степень обесцвечивания 99,2% и эффективная чистка от частиц краски диаметром более 200 мкм при минимальных потерях волокон [9].

1.9 Выбросы в атмосферу в сульфат-целлюлозном производстве

Основными источниками загрязнения атмосферы в сульфат-целлюлозном производстве являются: содорегенерационный, варочно-промывной, известерегенерационный и отбельный цеха, окислительная установка, цех приготовления отбельных растворов.

В зависимости от принятой схемы производства могут возникнуть дополнительные источники загрязнения из отделений цеха переработки побочных продуктов (очистки и дезодорации скипидара, получение одоранта сульфана; ректификации скипидара; разложения сульфатного мыла; ректификации таллового масла и др.) [10].

Варочно-промывной цех. В этом цехе имеется несколько источников выбросов. При периодическом методе варки с терпентинной сдувкой, вместе с паром удаляются; остаточный воздух из щепы, скипидар, сероводород, метилмеркаптан (ММ), диметилсульфид (ДМС), диметилдисульфид (ДМДС). Парогазовая смесь терпентинной сдувки, от которой в щёлокоуловителях отделяются захваченные капельки щёлока, конденсируется в теплообменниках. Отсюда непрерывно удаляются несконденсировавшиеся газы, количество и состав которых зависит от вида вырабатываемой целлюлозы и связанного с этим расхода щёлочи на варку, а также от температуры воды, подаваемой на теплообменник.

При непрерывной варке целлюлозы, выдувочные пары направляются в систему пропаривания щепы, откуда избыток паров поступает в холодильник, аналогичный терпентинному конденсатору. Кроме этих источников загрязнения, есть ещё вентиляционные выбросы из-под колпаков вакуум-фильтров, вытяжки из выдувного резервуара (при холодной выдувке), бака слабых щёлоков, бака-пеносборника.

Выпарной цех. Главным источником выбросов в этом цехе является парогазовая смесь, которая удаляется вакуум-насосом из межтрубного пространства корпусов. Основной компонент, загрязняющий воздух, — сероводород. Кроме того, в выбросах содержится также метилмеркаптан и, в незначительных дозах, диметилсульфид, диметилдисульфид и метанол. Появление сероводорода и метилмеркаптана обусловлено изменением pH при упаривании и воздействием температуры и разрежения. Это приводит к разложению сульфида и меркаптида натрия и выделению этих кислых газов в паровое пространство.

Окислительная установка. Общее количество выбрасываемой ею газовоздушной смеси зависит от расхода воздуха на окисление, количества газов, подаваемых на установку, и типа окислительной установки.

Содорегенерационный цех. Дурнопахнущие компоненты в дымовых газах появляются в тех местах, где чёрный щёлок соприкасается с газами: в топке и в газоконтактном испарителе. Перегрузки содорегенерационных котлоагрегатов (СРК), также способствую повышению количества выбросов дурнопахнущих компонентов с дымовыми газами. В дымовых газах СРК содержатся не только газообразные соединения, но и твёрдые частицы, составляющие пылевой унос. Содержание пылевого уноса в дымовых газах СРК перед газоочистным аппаратом изменяется в зависимости от количества сульфата натрия, добавляемого к щёлоку перед сжиганием, от схемы СРК и аэродинамического режима его работы, а также от соотношения органической и минеральной частей сухого вещества чёрного щёлока и выхода целлюлозы из древесины.

Газоконтактный испаритель. Он предназначен для уплотнения чёрного щёлока 50% - 65% сухих веществ. Щёлок, находясь в газоконтактном испарителе, поглощает из дымовых газов углекислый газ, сернистый и серный ангидриды, обуславливающие выделение сероводорода и метилмеркаптана вследствие понижения pH; выделению сероводорода при газоконтактной выпарке способствует также повышение концентрации остаточного сульфида натрия в чёрном щёлоке. Чем выше сульфидность белого щёлока, тем большее количество остаточного сульфида натрия и сероорганических соединений оказывается в чёрном щёлоке и тем загрязнённее дымовые газы.

Растворитель плава (РП). Плав, образующийся при сжигании чёрных щёлоков в СРК и состоящий из карбоната и сульфида натрия с небольшой примесью невосстановленного сульфата натрия, поступает в растворитель. Здесь плав растворяется в щёлоке. При контакте щёлока с плавом выделяется значительное количество парогазовой смеси, которая удаляется из растворителя плава через вытяжные трубы и выбрасывается в атмосферу. Пылевой унос из растворителя плава на 90% состоит из соды. В зелёном щёлоке содержится значительное количество сульфида и меркаптида натрия, что предопределяет содержание сероводорода в газовой фазе.

Известерегенерационные печи (ИРП). В печах при обжиге каустизационного шлама и природного известняка образуются дымовые газы. Основными компонентами дымовых газов являются пыль кальциевых солей (12 г/нм3), образующаяся в результате механического уноса газовым потоком, и сернистый ангидрид (0,86 г/нм3 сухого газа), образующегося при сжигании высокосернистого мазута, а также сероводород и другие серосодержащие газы.

Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты) [11].

Одним из наиболее опасных с точки зрения охраны окружающей среды объектов сульфат-целлюлозного производства является содорегенерационный котлоагрегат и его технологический узел — бак-растворитель плава (РП СРК).

Из результатов обследования количества и состава парогазовых выбросов РП СРК ведущих предприятий сульфат-целлюлозного производства следует, что расходы выбросов зависят от мощности котлоагрегата, высоты и диаметра вытяжной трубы, по которой они выводятся из бака растворителя в атмосферу, угла раскрытия шиберных устройств на этих трубах, состава слабого белого щёлока и уровня его в баке-растворителе, времени года и региона расположения производства.

Таблица 4 — Вредные вещества, попадающие в атмосферу на сульфат-целлюлозном производстве

Ингредиент

Источник выбросов

ПДК, мг/м3

Пыль нетоксичная

Зола (сульфат и карбонат натрия) СРК, соли натрия из РП, пыль (соли кальция) ИРП

0,5

Диоксид серы

СРК, ИРП

0,5

Сероводород

Дымовые газы СРК, ИРП, парогазы РП

0,008

Метилмеркаптан

Сульфат-целлюлозное производство

0,9 10−9

Диметилсульфид

0,08

Диметилдисульфид

0,7

Метанол

1,0

Скипидар

Сульфат-целлюлозное производство, производство побочных продуктов

2,0

Оксид углерода

Утилизационные котлы, СРК, ИРП

5,0

Хлор

Цех отбелки сульфат-целлюлозного производства

0,1

Диоксид хлора

Кроме того, режим работы, состав и количество выбросов из РП СРК зависят от:

мгновенного выделения значительного количества парогазовой смеси, особенно при больших стоках плава;

непрерывности и неравномерности подачи плава и белого щёлока в РП и отведения зелёного щёлока, что приводит к изменению свободного объёма над растворяющей жидкостью и влияет на количество подсосов воздуха.

Парогазовые выбросы из РП СРК согласно удельным отраслевым нормам состоят из:

водяных паров 70% - 90% (1,87 кг/нм3 сухого газа (с.г.));

подсосов воздуха 5% - 25%;

пылевых частиц плава — до 1,9% (19 г/нм3 с.г., 4500 г/т целлюлозы);

сероводорода — 0,006% (0,25 г/нм3 с.г., 56,5 г/т целлюлозы);

сернистого ангидрида — 0,005% (0,18 г/нм3 с.г., 40,3 г/т целлюлозы;

Пылевые частицы состоят в объёмных процентах из:

карбоната натрия — 70%;

сульфида натрия — 23%;

сульфата натрия — 5%;

нерастворимых частиц (огарка) — 2%.

Температура парогазовых выбросов может меняться от 85 0С до 125 0С. В среднем, количество парогазовых выбросов из РП на 1 т вырабатываемой целлюлозы составляет 226 нм3 с.г. [12].

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой