close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

GOTOVO 1

код для вставкиСкачать
 Содержание
Введение4
1. Характеристика спиртового производства как источника возникновения ЧС экологического характера6
1.1 Классификация и характеристика спиртового производства6
1.2 Характеристика производственных процессов получения спирта10
1.3 Риск возникновения ЧС экологического характера на спиртовом производстве27
1.4 Устойчивость функционирования спиртового производства в условиях ЧС экологического характера40
2. Характеристика спиртового производства46
2.1 Общие сведения о предприятии.46
2.2 Характеристика технологических процессов предприятия48
2.3 Характеристика предприятия как источника загрязнения окружающей среды57
3. Прогнозирование загрязнения водного объекта на предприятии по производству спирта63
4. Разработка мероприятий по повышению устойчивости функционирования предприятия по производству спирта73
Заключение79
Введение
Спиртовое производство представляет собой одну из крупных технически развитых отраслей тесно связанной со многими отраслями народного хозяйства, для которых спирт служит сырьем, основным и вспомогательным материалами.
В результате обследования предприятий по производству спирта с 2010- 2013 год было выявлено более 170 нарушений требований российского законодательства о промышленной и экологической безопасности. Наибольшее количество нарушений относятся к вопросам экологической безопасности. Среди основных: превышение нормативов образования отходов и сброса сточных вод, долг по оплате за негативное воздействие на окружающую среду, составляющий около 8 миллионов рублей.
На территории России ввиду большого количества заводов по производству спирта (на 2012 г. действовало около 67 предприятий) [2], пренебрежение руководством данных предприятий экологических требований и изношенности производственных фондов, случаи нарушения экологической безопасности, подобные вышеописанному, возникают довольно часто. Следовательно, спиртовое производство в нашей стране характеризуется повышенной экологической опасностью, которая может являться источником возникновения чрезвычайных ситуаций экологического характера. В связи с этим тема выпускной квалификационной работы является актуальной.
Целью выпускной квалификационной работы является устойчивость функционирования спиртового производства в ЧС экологического характера.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
1. Дать характеристику спиртового производства, как источника возникновения ЧС экологического характера;
2. Рассмотреть предприятие по производству этилового спирта;
3. Спрогнозировать загрязнение водного объекта при аварии на производстве;
4. Разработать мероприятия по повышению устойчивости функционирования предприятия по производству спирта.
1. Характеристика спиртового производства как источника возникновения ЧС экологического характера
1.1 Классификация и характеристика спиртового производства
Спирт является сырьем для ряда отраслей химической и пищевой промышленности. Большое количество этилового спирта расходуют в производстве синтетического каучука. Применяют его как топливо, растворитель, а также в парфюмерии и фармацевтике. Он служит сырьем в производстве диэтилового эфира, фруктовых эссенций, синтетической уксусной кислоты, красителей и др.
В зависимости от сырья спирт подразделяется на пищевой и технический. Вид спирта зависит от сырья, используемого при его производстве, а также от степени очистки (ректификации).
По способу используемого сырья спиртовое производство классифицируется:
Пищевой спирт в зависимости от используемого растительного сырья -
- из зерна;
- из сахарной свеклы, патоки; - из фруктов, ягод; - из картофеля и т.д.
Технический спирт -
- из нефтепродуктов;
- из опилок.
Сегодня большое количество этилового спирта получают гидратацией этилена, гидролизом растительных материалов и из ацетилена. Полученный в результате брожения спирт-сырец после перегонки называют ректификатом, он содержит 95.5%. Абсолютный спирт (100 %) получают, удаляя из ректификата воду металлическим натрием, гидридом, оксидом кальция или азеотропной перегонкой с бензолом. Так, например, ниже на рисунке 1 дана классификация видов спиртов. Рисунок 1- Виды спиртов
Пищевой спирт изготавливают только из пищевого сырья, в основном, из зерновых, сахарной свеклы, сахарной патоки, фруктов, ягод и картофеля. Последний - самый дешёвый вид сырья.
Технический спирт получают из древесины или нефтепродуктов, подвергаемых кислотному гидролизу. Технический спирт содержит повышенное количество вредных примесей, использовать его для пищевых целей запрещено.
Составляющие качественного спирта - сырьё, технология производства, ректификация. Ректификация - процесс, при котором происходит удаление вредных примесей из спирта на завершающем этапе его производства. Степень очистки спирта-ректификата обусловливает его товарный сорт, а основным признаком ректифицированного спирта является содержание примесей в разных сортах.
Чем выше сорт этилового спирта, тем меньше примесей он содержит, тем выше его крепость. Питьевой этиловый спирт получают путем разбавления спирта-ректификата высшей очистки умягченной водой до крепости 95%.
С химической точки зрения, спирты представляют собой органические вещества, производные углеводорода (СН), которые в своем составе содержат гидроксильную группу (ОН). Их классификация может вестись по нескольким критериям: количеству гидроксильных групп (одноатомные и многоатомные), типу атома углерода, соединенного с гидроксильной группой (первичные, вторичные, третичные), по строению углеводородных групп (предельные, непредельные, ароматические. Среди всего многообразия химических соединений есть несколько наиболее популярных разновидностей спиртов.
Самой известной разновидностью является этанол, или этиловый спирт. Он естественным образом выделяется при брожении сахаров (фруктозы, глюкозы, а также крахмала). То есть получение этанола возможно из перебродивших сладких фруктов, ягод, зерна, хлеба, картофеля. Концентрация такого раствора не превышает более 15%, в дальнейшем спирт необходимо отделять от воды путем перегонки.
Способ получения этилового спирта путем гидролиза древесины. В этом случае, полученный спирт называется техническим и в пищу не употребляется.
Этанол используется не только при изготовлении алкоголя, но и в медицине в качестве дезинфицирующего средства, в промышленности и быту как растворитель и разбавитель.
Метанол, он же метиловый спирт, является очень токсичным веществом, поэтому в пищевых целях не употребляется. Его смертельной для человека дозой считается 100 мл. Метанол используется в химической промышленности для получения формальдегидных смол, также он является сильным растворителем. Добывается путем сухой перегонки древесины.
Бутиловый спирт, или бутанол, представляет собой бесцветную жидкость. Он выделяется из перебродившего крахмала и используется в качестве растворителя. Также повышает степень прозрачности раствора, например, при производстве шампуня.
Известным ароматическим спиртом является бензиловый спирт, который входит в состав эфирных масел гиацинта и жасмина. Он используется в качестве парфюмерной отдушки, а также как консервант косметических средств.
Альтернативное название спиртов - алкоголи, однако, оно вряд ли дает исчерпывающую характеристику всему этому классу веществ, несмотря на то, что этиловый спирт, действительно, входит в состав всех алкогольных напитков.
Этиловый спирт получают из углеводов растительного сырья (зерна, картофеля, сахарной свеклы) и мелассы - отхода сахарного производства, а также из отходов переработки древесины (гидролизный спирт). Вырабатывают этиловый спирт также синтетическим путем - гидратацией углевода этилена, получаемого в нефтехимической промышленности. Этиловый спирт из пищевого сырья и древесины получают на одной основе - сбраживании сахаров под действием ферментов дрожжей.
Таблица 1. Сравнительная характеристика образцов синтетического спирта и пищевого спирта
ОбразецКрепость в %, обСодержание альдегидов в %, обСодержание сивушных масел в %, обСодержание сложных эфиров, мг/лПроба на окисляемость в минутахДегустационная оценка в баллахСинтетический спирт, гидрированный приатмосферном давлении95,4
0,0005
0,0005
55
42
8,2
Синтетический спирт, гидрированный под давлением96,38
0,00024
0,00075
40,2
34
8,4
Спирт пищевой ректификат высшей очистки96,20,000250,000330,0308,4 Таблица 2 Сравнительная характеристика синтетического спирта-сырца и пищевого ректификованного спирта
ПоказателиСинтетический спиртСпирт из пищевого сырьяВнешний видПрозрачная жидкостьПрозрачная жидкостьЦвет при разбавлении водой в 1 - 2 разаМутныйБесцветная жидкостьВкус и запахОчень неприятныйСпецифический, без посторонних присейПроба на чистоту с Н2SО4Не выдерживаетВыдерживаетПроба на окисляемостьНе выдерживает 1 минутыНе менее 20 минутСодержание альдегидов (ацетальдегид + акролеин) в %0,3-0,40,002Содержание высших спиртов в пересчете на изопропиловый спирт в %0,26-0,30,003Содержание сложных эфиров в мг/г37Не более 50Содержание простых эфиров в пересчете на диэтиловый в %0,7-0,8Отсутствуют Таким образом, из выше сказанного можно сделать вывод, что спиртовое производство имеет различную технологию получения спирта и различную в зависимости от происхождения спирта и различную применяемость в жизни. Спирт является универсальным , его можно использовать как в пищевой промышленности так и в парфюмерии и машиностроении и т. д.. 1.2 Характеристика производственных процессов получения спирта
Наибольшее распространение на Байкальской природной территории получили технологии получения спирта из зерна, картофеля и опилок.
Технология производства спирта из зерна
Способ получения этилового спирта предусматривает шелушение зерна с получением фракции шелухи в количестве 2-5 мас.% от общей массы зерна и фракции, содержащей эндосперм, измельчение фракции, содержащей эндосперм, смешивание измельченной фракции, содержащей эндосперм, с водой, ее трехступенчатую водно-тепловую обработку и ферментативный гидролиз, сбраживание, перегонку зрелой бражки с получением этилового спирта, при этом измельчение осуществляют по схеме замкнутого контура, предусматривающей пропускание фракции, содержащей эндосперм, через молотковую дробилку с последующим рассевом через сито диаметром 1 мм с получением прохода и схода, после чего проход направляют на смешивание с водой, а сход смешивают с новой порцией фракции, содержащей эндосперм, и подвергают повторному дроблению, процесс измельчения и рассева осуществляют многократно до получения 100%-ного прохода через сито с диаметром 1 мм всей исходной фракции, содержащей эндосперм. Это позволяет упростить способ получения этилового спирта при сохранении его высоких качественных характеристик и интенсифицировать процесс сбраживания.
Способ производства этилового спирта из зернового сырья, предусматривающий отделение шелухи от зерна, приготовление сусла из шелушенного зерна, сбраживание сусла непрерывно-поточным способом в батарее ферментаторов с последующим получением спирта и послеспиртовой барды, добавление к последней отделенной шелухи для использования в качестве кормопродукта, часть барды до смешивания с шелухой разделяют на два потока, один из которых на стадии водно-тепловой обработки смешивают с отделенным от шелухи зерном, а другой направляют на стадию брожения в каждый ферментатор. Недостатками данного способа являются сложность и трудоемкость процесса, а также вывод части крахмала из основного технологического процесса производства этанола с отделенной шелухой.
Недостатками данного способа являются недостаточно высокое качество спирта из-за обработки фракции, содержащей шелуху, при высокой температуре с одновременными потерями части крахмала в этой фракции, большие затраты энергии из-за раздельной водно-тепловой обработки и ферментативного гидролиза фракции зерна и шелухи, сложность и трудоемкость процесса.
Сырье и дополнительные материалы
Характеристика зернового сырья. На спирт перерабатывают любое зерно, в том числе и непригодное для пищевых и кормовых целей. Ежегодный объем переработки составляет (%): пшеницы 50 (преимущественно дефектной), ячменя 20, ржи 12, кукурузы 8, проса 5, овса 2 и прочих культур (гречиху вики, гороха, риса и др.) 3. Для приготовления солода употребляют кондиционное высококачественное зерно. Из зерновых культур лучшим сырьем для производства спирта является кукуруза. В небольших количествах перерабатывают крупяные культуры - просо, гречиху и рис, некоторые продовольственные (горох) и кормовые (вику). Для осахаривания крахмала па спиртовых заводах используется солод и ферментные препараты.
Солодом называют зерно, которое проросло в определенных условиях. При прорастании в зерне образуются амилолитические, протеолитические и другие ферменты. Солод па спиртовых заводах получают из ячменя, ржи, пшеницы, овса и проса по следующей схеме:
1) очистка зерна;
2) замачивание;
3) проращивание;
4) измельчение;
5) смешивание с водой.
Для осахаривания крахмала в спиртовом производстве кроме солода используются ферментные препараты, получаемые из культур мицелиальных грибов и бактерий. Выпускаемые специальными заводами или специализированными цехами спиртовых заводов ферментные препараты представляют собой либо жидкости с содержанием сухого вещества не менее 50%, либо порошки с определенной стандартной ферментативной активностью. Ферментные препараты, используемые в спиртовой промышленности, получают из мицелиальных грибов рода Aspergillus, бактерий Вас. mesentericus, Вас. subtilis и других. Эти микроорганизмы образуют а-амилазу, а некоторые глюкоамилазу (фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы). Применение ферментных препаратов микробного происхождения в спиртовой промышленности взамен солода позволяет существенно снизить расход высококачественного зерна на получение солода и способствует повышению выхода спирта.
В качестве питательной среды для размножения дрожжей служит сусло, содержащее вещества, необходимые для их питания.
Иногда в сусло добавляют дробленый зеленый солод в качестве источника дополнительного питания.
Технология спирта включает в себя следующие процессы: подготовка сырья к развариванию, разваривание зерна водой для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала, охлаждение разваренной массы и осахаривание крахмала ферментами солода или культур плесневых грибов, сбраживания сахаров дрожжами в спирт, отгонку спирта из бражки и его ректификацию.
Для приготовления солода используют высококачественные ячмень, рожь, овес и просо, которые должны удовлетворять требованиям.
Для обеспечения безопасности условий труда; а также пожаровзрывобезопасности при хранении и подработке зерна необходимо предусматривать аспирацию пылевыделяющего оборудования.
В настоящее время разваривание крахмалсодержащего сырья производят тремя способами: периодическим, полунепрерывным и непрерывным. Наибольшее распространение получило непрерывное разваривание по двум схемам. По первой схеме разваривание осуществляют при пониженной температуре (130 - 140°С), но длительное (50 - 60 мни). По второй схеме температура разваривания 165 - 172 °С и продолжительность варки 2 - 4 мин..
Непрерывное разваривание измельченного сырья включает операции: дозирование сырья и воды, приготовление замеса и разваривание в две стадии (нагрев замеса до температуры варки и выдержка замеса при этой температуре).
Процесс непрерывного разваривания осуществляется следующим образом. Измельченное зерно смешивают с водой в количестве 2,0 - 3,5 л на 1 кг зерна. Воду добавляют с таким расчетом, чтобы концентрация зернового замеса составляла 16 - 17% сухого вещества. Зерновой замес нагревают вторичным паром до 70 - 75°С и подают насосом в контактную головку, где происходит мгновенный нагрев замеса (кашки) паром до 100 110°С. Затем подогретый замес подают в варочный аппарат, состоящий из 2 - 4 ступеней (колонн).
Охлаждение разваренной массы и её осахаривание. При осахаривании охлажденную разваренную массу обрабатывают солодовым молоком или ферментными препаратами для расщепления крахмала и белков. При этом основным процессом является гидролиз крахмала до сбраживаемых дрожжами Сахаров.
При осахаривании разваренной массы солодовым молоком: крахмал гидролизуется на 70 - 75% до мальтозы и глюкозы и на 25 - 30% до предельных декстринов, которые расщепляются до сахаров на стадии брожения. При использовании солодового молока получается сусло, содержащее 71 - 78% мальтозы и 22 - 29% глюкозы от суммы всех сбраживаемых Сахаров. Сусло, полученное при осахаривании ферментными препаратами микробного происхождения, содержит 14 - 21% мальтозы и 79 - 81% глюкозы
Такое различие в продуктах гидролиза крахмала при использовании разных осахаривающих материалов связано с тем, что в солодовом молоке содержатся A - и (B-амилаза и декстриназа, а ферментные препараты микробного происхождения содержат A-амилазу и глюкоамилазу. Все эти ферменты отличаются по характеру действия на крахмал и по отношению к температуре и кислотности среды. В зависимости от происхождения A-амилазы могут расщеплять крахмал только до декстринов (A-амилазы бактериального происхождения) или образуют и декстрины, и сахара (большинство A-амилаз грибного происхождения и ферменты солода). Поэтому осахаривание разваренной массы осуществляют при определенных температуре, кислотности, концентрации субстрата и осахаривающего материала.
Наиболее прогрессивным способом осахаривания является непрерывное осахаривание с вакуум-охлаждением. Сущность его заключается в снижении давления, что приводит к мгновенному охлаждению разваренной массы вследствие затрат тепла на испарение воды. Охлаждение под вакуумом предотвращает тепловую инактивацию ферментов осахаривающих материалов. К охлажденной массе добавляют осахариваюшие материалы. Оптимальная температура действия амилолитических ферментов 57 - 58 °С.
Непрерывное осахаривание разваренной массы производят по одно или двухпоточному способу.
Готовое сусло должно содержать 16 - 18% сухого сахара, в том числе 13 - 15% сбраживаемых сахаров; кислотность 0,2 - 0,3 град. При пробе на йод окраска сусла не должна изменяться.
Сбраживание. Сбраживание осахаренной массы (сусла) начинается с момента введения в нее производственных дрожжей; Под действием ферментов дрожжей идет расщепление мальтозы до глюкозы, которая затем сбраживается в спирт и диоксид углерода - основных продуктов брожения. Наряду с этим образуются вторичные и побочные продукты брожения: высшие спирты, кислоты и эфиры. По мере сбраживания моно - и дисахаридов под действием амилолитических ферментов происходит доосахаривание декстринов и крахмала, содержащихся в сусле. От скорости этого процесса зависит длительность брожения.
В процессе брожения сусла можно выделить три периода: взбраживание, главное брожение и дображивание. В первом периоде происходит интенсивное размножение дрожжей и сбраживание Сахаров. Второй период характеризуется энергичным сбраживанием Сахаров и сопровождается бурным выделением диоксида углерода. В третьем периоде идет медленное дображивание Сахаров, образующихся в результате доосахаривания декстринов сусла.
Процесс брожения проводят в закрытых бродильных аппаратах для предотвращения потерь спирта и выделения диоксида углерода в производственное помещение. Герметически закрытый бродильный аппарат представляет собой вертикальный цилиндр со сферическим или коническим днищем, внутри него установлен змеевик для охлаждения бродящего сусла.
Брожение сусла проводят периодическим, циклическим и непрерывнопоточным способами. Наиболее совершенным и эффективным является непрерывнопоточный метод, осуществляемый па установке, состоящей из двух дрожжанок, взбраживателя и 8 - 10 бродильных аппаратов, последовательно соединенных переточными трубами.
Дрожжанки и взбраживатель предназначены для приготовления необходимого количества производственных дрожжей. Процесс происходит следующим образом. Дрожжанку заполняют суслом, пастеризуют его при 80°С в течение 30 мин, охлаждают до 30°С, доводят рН до 3,6 - 3,8 серной кислотой и вводят из второй дрожжанки засевные дрожжи в количестве 25 - 30% от объема. Размножение дрожжей идет до достижения содержания сухого вещества в сусле 5 - 6% - Затем 70 - 75% дрожжей переводится во взбраживатель, куда одновременно подается охлажденное сусло, производится подкисление всей массы до требуемой кислотности. Массу в таком виде оставляют для брожения и размножения дрожжей. Оставшаяся часть дрожжей (25%) подается во вторую дрожжанку для размножения.
Когда содержание сухого вещества достигнет 5 - 6%, массу подают в первый головной бродильный аппарат, в который одновременно подается охлажденное сусло. При заполнении первого головного бродильного аппарата сбраживаемое сусло на него перетекает, во второй головной аппарат, из него - в третий и т.д. Длительность брожения составляет 60 ч. Из последней, аппарата зрелая бражка подается на перегонку. При брожении в аппаратах поддерживается определенная температура: в первом - 26 - 27 °С, во втором - 27, в третьем - 29 - 30, в последующих - 27 28 °С.
Выделяющийся при брожении диоксид углерода вместе с парами спирта из бродильных аппаратов поступает в специальные ловушки, и которых происходит растворение спирта и отделение диоксида углерода. Водно-спиртовая жидкость из ловушки направляется вместе с бражкой на перегонку, а диоксид углерода - в специальный цех для получения сухого льда или жидкого диоксида углерода.
Зрелая бражка должна соответствовать установленным нормам. Крепость бражки (содержание этилового спирта в объемных процентах) должна находиться в пределах 8,0 - 9,5 об.%: содержание несброженных Сахаров не должно превышать 0,4 - 0,5%; кислотность зрелой бражки не должна превышать 0,5-0,6 град.
Отгонка спирта из бражки и его ректификация. Получаемая в результате брожения зрелая бражка имеет сложный состав.
Кроме воды и спирта она содержит различные органические и неорганические соединения: сахара, декстрины, минеральные вещества, летучие соединения (эфиры, спирты, альдегиды, кислоты) и др. Состав и содержание примесей зависит от вида сырья, его качества, режимов его переработки в ходе технологического процесса.
Для выделения спирта из бражки и его очистки применяется ректификация.
Ректификацией называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. При кипении такой смеси компонент с более высокой упругостью пара (более летучий) переходит в паровую фазу в относительно больших количествах, а паровая фаза обогащается более летучим компонентом.
Температура кипения этого компонента при постоянном давлении ниже. Поэтому при кипении смеси летучих компонентов паровая фаза обогащается компонентом, имеющим более низкую температуру кипения. В водно-спиртовом растворе упругость паров спирта при любой температуре значительно выше упругости паров воды.
Вследствие этого содержание спирта в парах больше, чем в кипящем водно-спиртовом растворе. Очистка спирта от примесей путем перегонки основана на различии коэффициентов их испарения. Коэффициентом испарения называется отношение концентрации данного вещества в паровой фазе к концентрации в жидкой фазе. Коэффициенты испарения отдельных примесей отличаются один от другого и изменяются в зависимости от содержания этилового спирта. Для определения возможности очистки этилового спирта от примесей необходимо сравнить коэффициент испарения примесей с коэффициентом испарения этилового спирта.
Очистку спирта-сырца от примесей производят в настоящее время преимущественно на ректификационных установках непрерывного действия, в которых спирт-сырец освобождается от примесей в соответствии со значениями коэффициентов испарения. Такие установки используются на ликеро-водочных заводах, где основным сырьем является спирт-сырец.
Ректификованный спирт в настоящее время на спиртовых заводах получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках косвенного действия. В установку входят три колонны: бражная, эпюрациопная и ректификационная. В бражной колонне из бражки выделяют этиловый спирт и летучие примеси, в эпюрационной отделяют головные примеси, в ректификационной получают ректификованный спирт. В состав установки входят две дополнительные колонны - сивушная и окончательная. Сивушная колонна предназначена для выделения фракции высших спиртов (сивушное масло) и их концентрации, а окончательная колонна - для дополнительного освобождения этилового спирта от примесей.
На установке косвенного действия процесс ректификации осуществляется следующим образом. Бражку подогревают до 90°С в бражном подогревателе и подают на верхнюю тарелку бражной колонны, в которую снизу поступает греющий пар.
Пары, поднимающиеся из бражной колонны, поступают в конденсатор через бражный подогреватель, где отдают тепло поступающей в бражную колонну зрелой бражке. В конденсаторе пар полностью конденсируется и полученный конденсат крепостью 45 - 55 об. % поступает в эпюрационную колонну. В спирте высшей очистки и 1-го сорта количество примесей допускается соответственно до 0,1 и 0,15 г/дм3.
Помимо крепости в ректификованном спирте всех трех сортов нормируется содержание альдегидов (соответственно не более 2, 4 и 10 мг в 1 л безводного спирта), сивушного масла (не более 3, 4 и 15 мг/дм3), эфиров (не более 25, 30 и 50 мг/дм3), свободных кислот (не более 12, 15 и 20 мг/дм3). Он должен выдерживать пробу на метиловый спирт с фуксинсернистой кислотой. Содержание фурфурола не допускается.
Этиловый спирт всех сортов должен быть бесцветным и прозрачным, без посторонних частиц. Вкус и запах должны быть характерными для этилового спирта, изготовленного из соответствующего сырья. Посторонние привкусы и запахи не допускаются.
Технология производства спирта из картофеля
Система производства спирта из картофеля несколько отличается от зерновой, и поэтому полученные спирты отличаются по органолептике.
Производство спирта состоит из трех основных этапов:
1. подготовительного - очистка сырья от примесей, приготовление солода или культур плесневых грибов;
2. основного - разваривание крахмалистого сырья, осахаривание крахмала, сбраживание осахаренной массы, перегонка бражки и получение сырого спирта;
3. завершающего - ректификация.
Этиловый спирт из пищевого сырья и древесины получают по одному и тому принципу путем сбраживания сахаров под действием ферментов дрожжей. Отличие состоит лишь в способах гидролиза полисахаридов сырья до сбраживаемых сахаров: крахмал пищевого сырья гидролизуют биохимическим путем с помощью ферментов (амилаз), а целлюлозу древесины - химическим способом, воздействуя на нее минеральными кислотами. Процесс же сбраживания гексоз в том и другом случае одинаков и может быть представлен следующей схемой: гексозы-фосфорные эфиры-гексоз-фосфотриозы-фосфоглицериновая кислота-пировиноградная кислота-уксусный альдегид-этиловый спирт.
В основе производства этилового спирта из клубней картофеля лежат два биохимических процесса:
- гидролиз (осахаривание) крахмала, содержащегося в сырье, и сбраживание образующихся сахаров в спирт и углекислый газ,
- физический процесс разделения жидкостей по точкам кипения.
Производство спирта из крахмалистого сырья складывается из следующих основных технологических процессов:
1. подготовки сырья - мойки, очистки от посторонних примесей;
2. тепловой обработки (разваривания) с водой при температуре 120-150°С и давлении не менее 588 кПа (6 атм) для разрушения клеточной структуры и растворения крахмала;
3. охлаждения разваренной массы;
4. осахаривания крахмала под действием амилолитических ферментов - а- и (З-амилаз и олиго-1,6-глюкозида-зы (декстриназы), содержащихся в солодовом молоке или чистой культуре плесневых грибов, в течение 5-10 мин при температуре 57-58°С;
5. сбраживания мальтозы и декстринов (после превращения их в мальтозу) в этиловый спирт и углекислый газ под действием ферментов дрожжей для получения зрелой бражки, содержащей 7-10% спирта;
6. выделения из бражки путем ее перегонки с паром в специальных колонках спирта-сырца, содержащего 88% об. этилового спирта и получаемые в процессе брожения примеси;
7. повторной перегонки спирта-сырца на ректификационном аппарате периодического или непрерывного действия для получения ректификованного спирта крепостью 96- 96,5% об. Спирт-ректификат получают также непосредственно из бражки на непрерывно действующих брагоректификационных аппаратах, где из спирта-сырца выделяют примеси.
Примеси являются вторичными и побочными продуктами спиртового брожения. Большинство их оказывает вредное воздействие на организм человека, и поэтому остаточное количество и состав примесей влияют на качество спирта-ректификата и вырабатываемых из него ликеро-водочных изделий. При общем содержании примесей в спирте-сырце 0,3-0,5% в их составе идентифицировано более 50 соединений, которые могут быть отнесены к одной из четырех групп химических веществ: альдегидам и кетонам, эфирам, высшим спиртам (сивушные масла) и кислотам.
Очистка (ректификация) спирта-сырца от примесей является обязательным условием последующего использования спирта для приготовления водок и ликеро-водочных изделий. Ректификация путем перегонки спирта-сырца основана на различных точках кипения при нагревании этилового спирта и загрязняющих его примесей. В зависимости от степени летучести эти примеси бывают головными, хвостовыми и промежуточными. Головные примеси кипят при температуре ниже температуры кипения этилового спирта. Это альдегиды (уксусный и др.), эфиры (муравьиноэтиловый, уксуснометиловый, уксусноэтиловый и др.), метиловый спирт. К хвостовым относят примеси, кипящие при температуре выше температуры кипения этилового спирта.
Это в основном сивушные масла, т. е. высшие спирты - пропиловый, изопропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоамиловый и др. К хвостовым примесям относятся также фурфурол, ацетали и некоторые другие вещества.
Промежуточные примеси представляют собой наиболее трудноотделимую группу соединений. В зависимости от условий перегонки они могут быть и головными, и хвостовыми. В эту группу примесей входят изомасляноэтиловый, изовалерианоэтиловый, уксусноизоамиловый, изова-лерианоизоамиловый эфиры. В некоторых случаях спирт-сырец перед ректификацией предварительно подвергают химической обработке для освобождения от примесей: раствором NaOH омыляют сложные эфиры и превращают их в соли летучих кислот; раствором КмnO4 окисляют
Рисунок 1 Технологическая схема получения спирта из зерна и картофеля
Производство гидролизного спирта.
Так как клетчатка при гидролизе даёт глюкозу, а глюкозу, как известно, можно превратить в этиловый спирт (этанол) или бутиловый спирт (бутанол), то, следовательно, спирт можно получать путём химической переработки древесины. По одному из современных способов получение этилового спирта из древесины осуществляется следующим образом. Следует, однако, понимать, что производство спирта из древесины путем сбраживания всегда является более металлоемким и затратным, чем например газификация древесины с последующим каталитическим превращением газа в спирт или бензиновые фракции. В гидролизном аппарате нагревают с серной кислотой древесные отходы, например опилки и щепу (см рисунок ). Клетчатка при этом гидролизуется до глюкозы (см. выше). Серную кислоту затем нейтрализуют известковым раствором, и образующийся осадок СаSО4 отделяют. Полученный раствор глюкозы подвергают брожению в больших чанах в присутствии дрожжей. Рисунок 2 Гидролизный аппарат
Технологическая схема комплексной переработки древесины состоит из следующих стадий: гидролиз древесины, нейтрализация и очистка гидролизата; сбраживание гидролизного сусла, перегонка гидролизной бражки. Измельченную древесину подвергают гидролизу разбавленной серной кислотой. Технологическая схема комплексной переработки древесины состоит из следующих стадий: гидролиз древесины, нейтрализация и очистка гидролизата; сбраживание гидролизного сусла, перегонка гидролизной бражки.
Измельченную древесину подвергают гидролизу разбавленной серной кислотой при нагревании под давлением. При гидролизе гемицеллюлозы и целлюлоза разлагаются. Гемицеллюлозы превращаются в гексозы: глюкозу, галактозу, маннозу и пентозы: ксилозу и арабинозу; целлюлоза - в глюкозу. Лигнин при гидролизе остается в виде нерастворимого остатка. Гидролиз древесины осуществляют в гидролизном аппарате - стальном цилиндрическом сосуде. В результате гидролиза получают гидролизат, содержащий около 2-3% сбраживаемых моносахаридов и нерастворимый остаток-лигнин. Последний можно использовать непосредственно в производстве строительных плит, в кирпичном производстве, при помоле цемента, в качестве топлива; после соответствующей обработки лигнин может применяться в производстве пластмасс, резиновой промышленности и др.
Полученный гидролизат направляют в испаритель, где пар отделяется от жидкости. Выделяющийся пар конденсируют и используют для выделения из него фурфурола, скипидара и метилового спирта. Затем гидролизат охлаждают до 75-80°С, нейтрализуют в нейтрализаторе известковым молоком до pH 4-4,3 и добавляют питательные соли для дрожжей (сернокислый аммоний, суперфосфат). Полученный нейтрализат отстаивают для освобождения от выпавшего осадка сернокислого кальция и других взвешенных частиц. Осевший осадок сернокислого кальция отделяют, сушат, обжигают и получают алебастр, используемый в строительной технике. Нейтрализат охлаждают до 30-32°С и направляют на брожение. Подготовленный таким образом к брожению гидролизат называется суслом. Брожение гидролизного сусла производят непрерывным способом в бродильных чанах. При этом дрожжи непрерывно циркулируют в системе; дрожжи отделяют от бражки на сепараторах. Выделяющийся при брожении углекислый газ используют для выпуска жидкой или твердой углекислоты. Зрелую бражку, содержащую 1,0-1,5% спирта, направляют для перегонки и ректификации на брагоректификационный аппарат и получают этиловый спирт, метиловый спирт и сивушное масло. Барда, полученная после перегонки, содержит пентозы и ее используют для выращивания кормовых дрожжей. Ниже приведена технологическая схема производства гидролизного спирта из опилок. Рисунок 3 Технологическая схема переработки древесины в спирт
После брожения раствор отделяют от дрожжей и в ректификационных колоннах отгоняют из него спирт; дрожжи направляют снова в бродильный чан. Из 1 тонны сухой древесины таким способом получают до 200 литров спирта (этанола); иными словами, 1 тонна опилок может заменить 1 тонну картофеля или 300 кг зерна в производстве спирта.
Если учесть, что в производстве синтетического каучука и других продуктов потребляется большое количество спирта, то станет понятным, какое огромное значение имеет производство спирта из древесины для сбережения пищевого сырья. В России получение спирта из древесины осуществляется на ряде гидролизных заводов. Смотри пример получения смесевого бензина Е-85 (85% этанол + 15% бензин) на ООО "Кировский БиоХимЗавод".
Многотоннажным отходом производства спирта из древесины является лигнин, разложение которого на свалке воздух явно не ароматизирует. Но, по утверждению американских ученых никелевый катализатор переработает лигнин.
Рисунок 3 Никелевый катализатор
Химическим методом получают синтетический этиловый спирт из природных газов, содержащих этилен, и попутных газов, получаемых при нефтепереработке. В настоящее время синтетический спирт получает широкое применение. Синтетический спирт вытесняет пищевой этиловый спирт из сельхоз сырья, как более дешевый. Производство этилового спирта из сульфитных щелоков и гидролизатов целлюлозы получило развитие в тех странах, где развита лесоперерабатывающая промышленность. Одновременно предусматривалось уменьшение производства спирта из пищевого сырья на 10% за счет замены спирта из пищевого сырья, применяемого на технические нужды, синтетическим спиртом, полученным из природных газов или газов от нефтепереработки.
Анализ изученных технологий показал, что каждый технологический процесс может сопровождаться образованием отходов, выбросов, сбросов основного производства.
1.3 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
СырьеКартофельОвесЯчменьПшеница, РожьКрахмалистость сырья, %141618363843465052Выход барды, Дал152174195372393452484531552 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
КомпонентПоказательСухие вещества, г/л62.5 - 74.0Из них взвешенные вещества, г/л28.5 - 31.5Растворенные азотсодержащие, г/л4.6 - 6.8Растворенные безазотистые, г/л28.0 - 32.0Жиры в жидкой фазе, г/л0.4 - 0.6Минеральные соли растворенные, г/л2.4 - 4.2рН4.54 - 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:
ВлажностьСухой протеинКлетчаткаЗолаСырой жирЭЭВ12%14-16%24-26%5-7%5-7%55-40% Из таблицы 4 видно состав жидкой фазы барды. Таблица 4 Состав жидкой фазы барды
КомпонентРазмерностьСодержаниеАСВг/л44.8 - 52.0ХПКмг О2/л52000 - 60000БПКмг О2/л8000 - 16000Минеральные солиг/л1.24 - 1.52рН-4.5 - 4.8Жирыг/л0.4 - 0.6Сырой протеинг/л8.6 - 8.8Органические кислотыг/л5.8 - 7.2Углеводы (крахмал, сахара)г/л0.2 - 0.6БЭВг/л20.4 - 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
ПоказательБардапослеспиртоваяпоследрожжеваярн4,6 - 5,24,4.5,0Плотный остаток, мг/л62 040 - 81 22035 200.51 885Взвешенные вещества, мг/л5300 - 7850970.5610Азот, мг/л2500 - 3860940.2500Летучие кислоты, мг/л2300 - 3900300.720БПКз, мг О2/л29 000 - 48 00015 500.29 900БПКп, мг О2/л44 000 - 59 00018 000.42 000ХПК, мг О2/л4900 - 66 90020 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
Показатель1234Температура, °С30- 6020-.10080-10020-90Запах, баллы0-.33-54-73-5рн7-38-124,4-6,45,5-.6,2Прозрачность, см12-.3010-2015-250-2Сухой остаток, мг/л359-500300-6001300-2000450-10 000БПК.5, мг О2/л2-102-40100-2500600-3700БПКП> мг О2/л5-125-80180-.3000950- 4500ХПК, мг О2/л5-4010-100250-40001000-.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 водыперваявтораятретьячетвертаяСпиртовой цех588-354,5Цех дрожжей хлебопекарных75--27,7Цех дрожжей сухих кормовых206--136,0Цех жидкой углекислоты73--3,0ТЭЦ7216-1,5И т о г о10141635172,7 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
СтокиТемпература, СрНВзвешенные вещества, мг/лБПК5, мг О2/лБПКПОЛН.,мг О2/лХПК,мг О2/лТранспортномоечные109,0120070010001750После замачивания и гидротранспорта зерна256,161062011001500От промывки и дезинфекции Солода186,168031212143500От гидротранспорта сырью солода186,1235052313003400От мойки и дезинфекции оборудования цеха разваривания805,856095018501740От мойки бродильных аппаратов207,34106008701000Лютерная вода984,8-8,560300400460Хозяйственно-бытовые256.540260300350Суммарный сток-7,6-7,8300-400250-680-340-850 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.
1.4 Устойчивость функционирования спиртового производства в условиях ЧС экологического характера
Утилизация и переработка послеспиртовой барды (основного отхода, возникающего при производстве этилового спирта) является проблемой. Для повышения устойчивости функционирования предприятия спиртового производства и предотвращения негативного воздействия деятельности предприятия на окружающую среду на территории РФ предприятия должны соблюдать требования следующих нормативных документов :
- Федеральный закон №7-ФЗ "Об охране окружающей среды"
- Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ Об отходах производства и потребления
- Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. N 74-ФЗ
- Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 04.03.2013) "О промышленной безопасности опасных производственных объектов"
- Федеральный закон от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха"
- Федеральной закон №171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции и об ограничении потребления (распития) алкогольной продукции. - Федеральный закон от 21.07.2005 102-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции"
- Постановление Правительства РФ от 20.02.2006 г. 99 "О Федеральной целевой программе "Сохранение и восстановление плодородия почв, земель сельскохозяйственного значения и агроландшафтов как национального достояния России"
Хозяйственная и иная деятельность юридических лиц должна осуществляться с соблюдением прав человека на благоприятную окружающую среду. Каждый гражданин имеет право на благоприятную окружающую среду, на ее защиту от негативного воздействия, вызванного хозяйственной и иной деятельностью". Настоящие Федеральные законы определяют правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения вредного воздействия отходов производства и потребления на здоровье человека и окружающую среду, а также вовлечения таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья. Водный кодекс Российской Федерации определяет охрану и защиту водного объекта. Производство этилового спирта, технология которого предусматривается получение барды (основного отхода спиртового производства), допускается только при условии ее полной переработки и (или) утилизации на очистных сооружениях. Основная цель и задачи государственного регулирования в области производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции это защита экономических интересов Российской Федерации, обеспечение нужд потребителей в указанной продукции. Кроме того государственное регулирование в области производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции направлено на повышение качества и проведение контроля за соблюдением законодательства, норм и правил в регулируемой области.
Ситуация с отходами спиртового производства в настоящее время.
В России работает около 120 предприятий по производству спирта из пищевого сырья, которые, собственно, и должны быть оснащены новым оборудованием по переработки отходов производства (барды)[5]. При получении спирта (этанола) из зерносырья барды образуется более 13 м3 на 1 тонну зерна. Применение барды в полеводстве в качестве жидкого органического удобрения экологически и экономически обосновано. Практика экономически развитых стран (Франция, Бельгия, Испания, Голландия, Германия, Италия), а также многолетние исследования ФГОУ "Ивановская ГСХА имени академика Д.К. Беляева" показывают, что отходы спиртовой промышленности с успехом используются в качестве органно-минерального удобрения на разных видах почвы [9].Барду, а также композиции на ее основе можно вносить под картофель, рапс, кукурузу, ячмень, рожь, многолетние травы. Закисляемость почвы незначительна, легко снижается известкованием.7 млн. тонн ядовитой жидкости, содержащей очень много вредных веществ, сбрасывается или в почву, или в реки. В то же время эта барда может быть переработана в прекрасный белково-углеводный корм в количестве 500-600 тыс. тонн. [9].
С одной стороны, барда - это отходы, вызывающие загрязнение окружающей среды. Поэтому запрещается сбрасывать барду в водоёмы или в канализацию без предварительной переработки. С другой стороны, барда, благодаря содержанию клетчатки, углеводов, белка и микроэлементов, является вторичным сырьевым ресурсом, она может служить сырьём для производства корма для животных и других полезных продуктов.
В настоящее время на большинстве спиртовых заводов мира барду тем или иным образом перерабатывают, в основном на корма. Иногда её используют в качестве корма в не переработанном виде, но это неудобно, так как барда очень недолго хранится, а перевозить её невыгодно. Также барда жидкая иногда использовалась в строительстве в качестве пластификатора бетонных и ц./п. смесей.
Проблема утилизации барды образующейся при эксплуатации заводов, производящих спирт является до настоящего времени актуальной проблемой. Кроме этого, имеется ряд других веществ (эфирольдегидные фракции, сивушные масла, спиртовой конденсат и т.д.), имеющихся в условиях производства, которые привлекают внимание исследователей и практиков как сырье для переработки или в худшем случае как отходы.
Использование непосредственно послеспиртовой барды для кормления сельскохозяйственных животных мало эффективно из-за низкой питательной ценности (низкое содержание белка и витаминов). Учитывая все возрастающую производительность спиртовых заводов, а значит и значительное увеличение количества жидких отходов, на практике приводит к сбросу барды в очистные сооружения и загрязнению водоемов.
Известны технологии использования барды, богатой углеродсодержащими соединениями, в качестве основы питательной среды для выращивания биомассы микроорганизмов (дрожжи, бактерии) кормового назначения.
С целью переработки указанных отходов спиртового производства разработаны технологии получения кормового белка на следующих вариантах углеводсодержащего субстрата, представляющего:
1. - послеспиртовую барду и отходы зерномукомольного производства (отруби, мука);
2. - жидкие отходы производства спирта со стадии ректификации - головных фракций и сивушного масла;
3. - послеспиртовую барду с отходами зерномукомольного производства (отруби) и спиртовой конденсат после ректификационной колонны.
Внедрение технологий по переработке отходов спиртового производства на гидролизных и спиртовых заводах позволит улучшить их технико-экономические показатели: увеличить выработку кормовых дрожжей и их качество по содержанию сырого протеина, повысить рентабельность и прибыль, а также решить экологическую проблему.
Кроме того, утилизация (переработка) послеспиртовой барды и других не желательных примесей производства биотехнологическим способом обеспечит экологическую безопасность промышленных предприятий, производящих спирт (спиртовые и гидролизные) за счет устранения сброса барды в окружающую среду. 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 сельском хозяйстве широко применяются продукты переработки зерновой барды. Как правило, зерновая барда перерабатывается в сухой кормовой продукт, так называемый "DDG" (дистиллированное высушенное зерно). "DDGS" (дистиллированное высушенное зерно с растворимыми в воде питательными веществами). Также известна технология переработки зерновой барды в сухие кормовые дрожжи, так называемый "ДКК" (дрожжевой кормовой концентрат). Рассмотрим схему переработки спиртовой барды и её возможные варианты по концепции ГК "Техинсервис". Схема 3. Схема переработки зерновой барды в "DDG" (дрожжевой кормовой концентрат)
В результате описанного процесса органика мелассной барды перерабатывается микроорганизмами в биогаз. Биогаз представляет собой горючую газовую смесь, состоящую из 50-70% метана (CH4). В состав биогаза входят также 30 - 40% углекислого газа
(CO2) и небольшие количества сероводорода (Н2S), аммиака (N2), водорода (H2) и оксида углерода (CO). Содержание энергии в биогазе напрямую зависит от количества метана. Таким образом, биогаз целесообразно использовать в качестве энергоносителя для производства электроэнергии и тепла. Стоит отметить, что производства биогаза происходит с одновременной очисткой мелассной барды. В барде, прошедшей две ступени анаэробных реакторов, снижается содержание ХПК с 40000 млг/литр до 4000 млг/литр и БПК с 14000 млг/литр до 1400 млг/литр. Установка дополнительной ступени фильтрации (на базе капельных фильтров) полностью решает вопрос очистки мелассной барды (ХПК снижается до 70 млг/литр, БПК до 30 млг/литр), и даёт возможность её повторного использования в производстве в виде технологической воды.
На основе выше сказанного можно сделать следующие вводы, что на предприятияхпо производству спирта все моменты производства должны соблюдаться и контролироваться всеми нормативными документами и законами от этого и зависит в первую очередь устойчивость функционирования спиртового производства. Из предложенных предприятиями способов переработки барды наиболее оптимальным может быть переработка барды в корм.
2. Характеристика спиртового производства
2.1 Общие сведения о предприятии.
Согласно заданию предприятие по производству спирта ОАО "Бурятфармспирт " находится на территории Республики Бурятия. Производственные здания и сооружения завода расположены на земельном участке площадью около 20,07 га в районе пригорода города Улан-Удэ в поселке Николаевский, население поселка составляет 3000 человек, производство расположено на левом берегу реки Ара-Кижа. В состав завода входят: главный корпус, в котором размещены основные производства. Технологическое оборудование и цеха предприятия
1. Приемное устройство для клубней картофеля с автотранспорта. 2. В производственном корпусе :
- подработочное отделение картофеля
- отделение разваривания и осахаривания
- бродильно-дрожжевое отделение
- брагоректификационное отделение
- спиртоприемное отделение
3. Спиртохранилище:
- спиртоотпускное отделение
- спиртохранилище
4. Цех ферментных препаратов:
- склад сырья
- отделение приготовления питательной среды
- ферментационное отделение
- отделение готовой культуры
5. Бардораздаточная
6. Хранение и подработка картофеля:
- буртовое поле
- рештак
- отделение мойки картофеля
- дробильное отделение
- отделение приготовления замеса
7. Административно-бытовой корпус
8. Подсобно-вспомогательные производства. Для обслуживания основного производства имеются вспомогательные цеха, расположенные в отдельных зданиях: транспортно-сырьевой цех, гараж, электроучасток, участок водоканализации, ремонтно-механическая мастерская, очистные сооружения.
Автотранспортный цех (гараж) (в парке находится 30 машин ГАЗ -53- 18 машин, Газель -7 машин, 5 машин марки Камаз). Гараж обеспечивает внутризаводские перевозки грузов и обеспечивает сырьевой цех Ремонтно-механическая мастерская
РММ производит ремонт технологического оборудования и изготовление запчастей к нему. Установлены металлообрабатывающие и деревообрабатывающие станки.
Электроучасток
Электрическую энергию завод получает от ТЭЦ. Электроучасток осуществляет надзор за работой электрооборудования и его ремонт.
Участок водоканализации
Участок водоканализации обеспечивает водоснабжение завода и ремонт канализационных сетей завода и поселка. В насосной второго подъема установлено три насоса марки З00Д-90 производительностью 650 м3/час для производственных нужд и два насоса марки 6НДВ производительностью 360 м3/час для пожарохозяйственных нужд и нужд поселка.
Очистные сооружения Строительство очистных сооружений осуществлено в 1960 г. по проекту разработанному Государственным институтом по проектированию предприятий гидролизной и сульфитно-спиртовой промышленности. Очистные сооружения введены в эксплуатацию в 1960 году и подвергались реконструкции в 1964-1967 и в 1976-1981 г.На очистных сооружениях производится механическая и биологическая очистка промышленных и хозбытовых стоков.
Состав очистных сооружений: 2 песколовки с круговым движением воды; преаэратор; 2 первичных радиальных отстойника Д-20м; аэротенк-смеситель объемом 15,7 тыс. м3; 2 вторичных радиальных отстойника Д-24м; уплотнитель ила Д-20м; 12 карт иловых площадок; опытно-промышленный аэротенк объемом 2000 м3; 2 насосных станции перекачки; хлораторная.
Производительность предприятия за смену составляет 1300 - 1400 дкл спирта. Заводом выпускается спирт этиловый ректификованный технический высшей категории качества "Экстра"
Размер санитарно-защитной зоны- 1000 м. Очистные сооружения расположены на площади 6,07 га.
До ближайшей железнодорожной станции, 2,7 км от завода. Станция соединена с территорией завода подъездными путями.
2.2 Характеристика технологических процессов предприятия
Характеристика основного сырья и материалов для производства спирта.
Основным сырьем для производства спирта на ОАО "Бурятфармспирт" является картофель, поставляемый с близрасположенных районов республики Бурятия.
Использование картофеля на технические цели имеет очень большое значение. Он является ценным сырьем для пищевой промышленности. Из него вырабатывают крахмал и спирт, из которых в свою очередь производят патоку и глюкозу, клей, витамин С, синтетический каучук, медикаменты и десятки других ценных продуктов. Из 1 т картофеля на предприятии можно получить 170 кг крахмала или 80 кг глюкозы. При переработке в крахмал 1 т картофеля дает 1 т мезги, используемой на корм скоту. Из той же тонны картофеля можно выработать 112 л этилового спирта, 55 кг жидкой углекислоты и в качестве отхода получить еще 1500 кг барды, тоже используемой на корм. Картофельный крахмал дает более высокий выход спирта.
Сырье
Картофель для производства спирта
На предприятии перерабатывается технические сорта картофеля, удовлетворяющие следующим требованиям:
- высокая крахмалистость,
- высокая урожайность,
- стойкость к заболеваниям,
- устойчивость при хранении.
К основным сортам, перерабатываемым на спирт, относятся:
- Лохвицкий,
- Немешаевский юбилейный,
- Остботе
Картофель, поступающий на предприятие, сортируют на полноценные клубни, закладываемые на хранение, и поврежденные, отправляемые на переработку. Хранят картофель преимущественно в буртах.
Требования к основным и вспомогательным материалам и готовой продукции.
Вода - один из основных компонентов сырья для получения спирта. Вода, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к питьевой воде (СанНиП 2.1.4.559-96), кроме того, нежелательно использовать воду с высокой карбонатной жесткостью и щелочностью.
Ферментные препараты: Амилосубтилин Г3х, Амилосубтилин Гх, Амилоглюкаваморин Гх, Глюкаваморин Гх.
Формалин технический (ГОСТ 1625-89Е)
Кислота серная техническая (ГОСТ 2184-77* или ГОСТ 667-73)
Монохлорамин ХБ технический (взамен хлорной извести) (ГОСТ 14193-78)
Карбамид (мочевина) (ГОСТ 2081-75**Е)
Гибберелловая кислота
Фракция головная этилового спирта (ОСТ 18-121-80)
Масло сивушное
Вспомогательные материалы - серная кислота, формалин и хлорная известь - расходуются соответственно для подкисления дрожжевого сусла, асептирования солодового молока и суспензии микробных ферментных препаратов, для общесанитарного пользования.
Технологическая линия
Перечень используемого оборудования для получения спирта из картофеля:
I. Дробилка для картофеля: А1-ВДК; ДБ-6
II. Варочное отделение
2. Смеситель ВЛ.4-591.04
3. Аппарат гидроферментативной обработки ГДФО1 (1,2)
4. Аппарат ферментативной обработки ГДФО2
5. Трубчатый стерилизатор А2-ВРА-3000/5
6. Паросепаратор
7. Испаритель-осахариватель
8. Теплообменник 101М-01
III. Бродильно-дрожжевое отделение
9. Бродильный чан
10. Дрожжанка
IV. Брагоректификационное отделение
11. Брагоректификационная установка производительностью 1200-1500дал/сут. условного спирта-сырца.
Производство спирта из крахмалистого сырья складывается из следующих основных технологических процессов:
1. подготовка сырья
2. тепловая обработка
3. охлаждение разваренной массы;
4. осахаривание крахмала
5. сбраживание;
6. выделение из бражки путем ее перегонки с паром в специальных колонках спирта-сырца, содержащего 88% об. этилового спирта и получаемые в процессе брожения примеси;
7. повторная перегонка спирта-сырца на ректификационном аппарате периодического или непрерывного действия для получения ректификованного спирта крепостью 96- 96,5% об. Спирт-ректификат получают также непосредственно из бражки на непрерывно действующих брагоректификационных аппаратах, где из спирта-сырца выделяют примеси. Подработка картофеля
Подработка картофеля заключается в отделении и удалении мусора от сырья, мойке и дроблении. На транспортировку и мойку расходуется 700 - 800 %* воды по весу сырья. Расход может быть снижен при повторном использовании воды. Продолжительность пребывания картофеля в мойке - 10¸14 минут, остаточная загрязненность после мойки - 0,25 %. Транспортировку картофеля на стадии подработки ведут следующим оборудованием: ленточными конвейерами.
Примеси являются вторичными и побочными продуктами спиртового брожения. Большинство их оказывает вредное воздействие на организм человека, и поэтому остаточное количество и состав примесей влияют на качество спирта-ректификата и вырабатываемых из него ликеро-водочных изделий. При общем содержании примесей в спирте-сырце 0,3-0,5% в их составе идентифицировано более 50 соединений, которые могут быть отнесены к одной из четырех групп химических веществ: альдегидам и кетонам, эфирам, высшим спиртам (сивушные масла) и кислотам.
Очистка (ректификация) спирта-сырца от примесей является обязательным условием последующего использования спирта для приготовления водок и ликеро-водочных изделий. Ректификация путем перегонки спирта-сырца основана на различных точках кипения при нагревании этилового спирта и загрязняющих его примесей. В зависимости от степени летучести эти примеси бывают головными, хвостовыми и промежуточными.
Головные примеси кипят при температуре ниже температуры кипения этилового спирта.
Это альдегиды (уксусный и др.), эфиры (муравьиноэтиловый, уксуснометиловый, уксусноэтиловый и др.), метиловый спирт. К хвостовым относят примеси, кипящие при температуре выше температуры кипения этилового спирта.
Это в основном сивушные масла, т. е. высшие спирты - пропиловый, изопропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоамиловый и др. К хвостовым примесям относятся также фурфурол, ацетали и некоторые другие вещества.
Промежуточные примеси представляют собой наиболее трудноотделимую группу соединений. В зависимости от условий перегонки они могут быть и головными, и хвостовыми. В эту группу примесей входят изомасляноэтиловый, изовалерианоэтиловый, уксусноизоамиловый, изова-лерианоизоамиловый эфиры.
В некоторых случаях спирт-сырец перед ректификацией предварительно подвергают химической обработке для освобождения от примесей: раствором NaOH омыляют сложные эфиры и превращают их в соли летучих кислот; раствором КмnO4 окисляют альдегиды в непредельные соединения.
Разваривание, осахаривание и охлаждение сырья
Водно - тепловая обработка сырья на предриятии принята непрерывным способом в агрегатах колонного типа. Приготовление замеса предусматривается в смесителе - предразварнике. В смесителе поддерживается температура 40 - 45° - в предразварнике - 60 - 65° с выдержкой замеса 6 - 7 мин. Картофельная кашка нагревается не выше 45°.При приготовлении замеса расход воды 2,5 - 3 литра на 1 кг зерна, что обеспечивает концентрацию сусла 16 - 17° по сахарометру.
Режим разваривания картофеля
Температура = 138°С. Продолжительность = 40 мин. Осахаривание принято непрерывное с одноступенчатым вакуум-охлаждением. Первая ступень охлаждения до температуры 60 - 62° происходит в испарителе при вакууме в пределах 0,08 - 0,081 МПа. Для осахаривания крахмала применяется солодовое молоко или ферментные препараты. Продолжительность осахаривания 15 мин. при температуре 58 - 60°. Расход солодового молока на осахаривание составляет 15 - 16 % от массы крахмала сырья.
Вторая ступень охлаждения до температуры складки 18 - 20° производится в теплообменнике холодной водой с температурой 10 - 12°. В настоящее время рекомендован к внедрению способ механико-ферментативной обработки крахмалистого сырья на спиртовых заводах, применяющих ферментные препараты взамен солода. Применяются препараты микробных ферментов: α-амилазы и глюкоамилазы на стадиях разжижения, осахаривания и брожения. В качестве осахаривающих материалов используются жидкие глубинные культуры микроорганизмов - продуцентов амилолитических ферментов, которые выращиваются в ферментных цехах при спиртовых заводах по соответствующим регламентам.
Схема механико-ферментативной обработки крахмалистого сырья
Начальная стадия разжижения крахмала происходит в смесителе при температуре 55 - 60° за счет действия α -амилазы ферментного препарата амилосубтилина Гх, дозируемого из расчета 1,5 ед. АС на 1 г условного крахмала. Дальнейшее разжижение крахмала производится в аппаратах гидроферментативной обработки 1 ступени - ГДФО-1 при температуре 65 - 70°. Продолжительность выдержки - 3 - 4 часа. Величина рН массы составляет 5,5 - 6,0. Интенсивная клейстеризация крахмала происходит в аппарате гидроферментативной обработки 2-ой ступени ГДФО-2, разделенном на 3 отсека.
Первая секция - температура 68 - 70°, время выдержки 15 - 16 мин. Вторая секция - температура 72 - 75°, время выдержки 15 - 16 мин. Третья секция - температура 85 - 95°, время выдержки 15 - 16 мин.
Осахаривание стерилизованной массы происходит в испарителе-осахаривателе, где масса смешивается с ферментным препаратом α -амилазы - амилосубтилином Гх. Дозировка α -амилазы составляет 0,5 - 1,0 ед. АС/г условного крахмала сусла, продолжительность выдержки сусла при температуре 58 - 60° составляет 30 - 35 мин.
Приготовление дрожжей и сбраживание сусла
На предприятии внедрен механико-ферментативный способ обработки крахмалистого сырья процесс дрожжегенерации заключается в разведении производственных дрожжей из чистой культуры или захоложенных засевных дрожжей. После подготовки бродильного аппарата начинается приток сусла, осахаренного a-амилазой и одновременно подача зрелых дрожжей. По заполнении бродильного аппарата на 20 - 25 % спускают всю глюкоамилазу, рассчитанную на бродильный аппарат. Подачу глюкоамилазы производят в испаритель-осахариватель. Затем бродильный аппарат заливают суслом полностью и оставляют на брожение. Сбраживание сусла, приготовленного по способу механико-ферментативной обработки сырья, осуществляется периодическим способом. Расход дрожжей составляет 8 - 10 % по объему сбраживаемого сусла. Ниже приведена схема получения спирта из картофеля. Блок схема производства спирта-сырца из картофеля
Аппаратурная схема процесса представлена на рисунке 7
1- Мельница
2- Смеситель
3- Насос
4- Аппарат варочный
5- Паросепаратор
6- Осахариватель
7- Холодильник сусла
8- Аппарат бродильный
9- Подогреватель бражки
10- Колонна бражная
11- Дефлегматор
12- Конденсатор
13- Сборник спирта-сырца
14- Куб
15- Колонна спиртовая
16- Охладитель спирта
17- Сборник спирта
Из 1 т картофеля можно получить 170 кг крахмала или 80 кг глюкозы. При переработке в крахмал 1 т картофеля дает 1 т мезги, используемой на корм скоту. Из той же тонны картофеля можно выработать 112 л этилового спирта, 55 кг жидкой углекислоты и в качестве отхода получить еще 1500 кг барды, тоже используемой на корм. Картофельный крахмал дает более высокий выход спирта.
2.3 Характеристика предприятия как источника загрязнения окружающей среды
Охрана окружающей среды является одной из актуальных проблем современности. Дальнейшее развитие промышленности немыслимо без включения в технологический цикл процессов обезвреживания отходов данного производства. Особенно остро встает вопрос в связи с загрязнением промышленными сточными водами природных водоемов. Проблема охраны водоемов заключается не только в предотвращении сброса загрязнений, но и в экономном расходовании свежей воды. Источниками загрязнения на предприятии по производству спирта могут быть выбросы от основного и вспомогательного производства. Так например, при производстве спирта могут образовываются пары спирта и различных веществ, которые могут превышать допустимое ПДК. Таблица 10. Перечень загрязняющих веществ, взбрасываемых производством в атмосферу
Наименование вредных веществПДК ОБУВ мг/м3Класс опасностиЭтиловый спирт5,04Пыль абразивов и металлов (по окислам железа)0,43Окислы марганца0,012Формальдегид0,0354Окись углерода5,04Окислы азота (по двуокиси азота)0,0854Сернистый ангидрид0,53Сажа0,154 Кроме загрязняющих веществ основного производства, в атмосферу поступают загрязняющие вещества от вспомогательного производства.
Так например, от ремонтно-механического цеха в атмосферу поступают окислы марганца, пыль металлов. От автомобилей находящихся в гараже поступают окислы марганца, окись углерода, сажа и т.д. Чтобы предотвратить большой выброс загрязняющих веществ в атмосферу на предприятии предусмотрены специальные фильтры и индикаторы, показывающие предельно допустимые нормы. С помощью естественной и приточно-вытяжной вентиляции воздух и всех цехов спиртового предприятия выбрасывается в атмосферу. В подработочных цехах для очистки выбросов воздуха от пыли используется аспирационная система, подведенная ко всем пылевыделяющим механизмам.
Диоксид углерода, образующийся в процессе брожения и не используемый для выработки жидкого или газообразного СО2, а также газ, выделяющийся в процессе дрожжегенерации и из сборников барды, также выбрасываются в атмосферу с помощью естественной и приточно-вытяжной вентиляции.
Таблица 11. Ориентировочные удельные величины загрязняющих веществ, отходящих от технологических процессов производства спирта.
№Наименование производственных отделенийНаименование загрязняющего веществаУдельные показатели выбросов2Производство спирта
Дробильное отделение
Приготовление спирта
Обработка оборудования
органическая пыль
этиловый спирт
формальдегид
0,18кг/тыс.дал спирта
31,34кг/тыс.дал спирта
0,0002 г/сек3Спиртохранилище с приемным и отпускным отделениямиэтиловый спирт4,6 кг/тыс. дал спирта4Механические мастерские
Сварочное отделениепыль нетоксическая
пыль нетоксическая
окислы марганца0,002 г/сек
0,0017 г/сек
0,0002 г/сек В результате уборки помещений объектов вспомогательного производства образуются мусор, смет уличный. Для утилизации данных отходов предусмотрен транспорт, который в последствии вывозит мусор на свалку. Отработанные ртутные лампы, собираются в контейнера и отвозятся на специальное предприятие по утилизации ТБО. Послеспиртовая барда - основной отход спиртового производства, получаемый при изготовлении спирта. Количество данного отхода на конечной стадии производства 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. На данном предприятии способ утилизации послеспиртовой барды это скармливание ее животным близ расположенных населенных пунктов и использование барды как минеральное удобрение. Послеспиртовая барда хранится в специально отведенных отстойниках. Характеристика сточных вод Сточные воды данного предпрятия по производству спирта, перерабатывающее 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, лютсрная вола, хозяйственно-бытовые стоки. Стоки второй и третьей категорий имеют показатели, приведенные в таблице12.
Загрязненность сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье по суммарному 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 сточная вода.
Количество транспортерно-моечной воды, относящейся ко второй категории, зависит от степени загрязненности и качества сырья - картофеля., расход воды на 1000 дал спирта изменяется от 550 до 700 м3.
На предприятии, перерабатывающее картофель, средний расход сточной воды третьей категории составлял 233,4 м3 на 1000 дал спирта). Зернокартофельное спиртовое предприятие, несмотря на полную утилизацию барды на кормовые цели в жидком виде, также является серьезным источником органических загрязнений. На каждые 1000 дал спирта со сточными водами сбрасывается 140 кг органического вещества по БПК5.
Данное предприятие по производству спирта ОАО " Бурятфармспирт " расположено на левом берегу реки Ара-Кижа, сточные воды и хозяйственно бытовые сбрасываются в водный объект.. В настоящее время сточные воды, образующиеся в производственных процессах на предприятии, отводят по двум раздельным сетям канализации: по сети отработавших вод (от охлаждения производственных сред в аппаратах через поверхность теплообмена, подшипников, компрессоров и воздуходувных машин). По сети производственных загрязненных сточных вод отводят воды со значительной концентрацией растворимых, коллоидных и взвешенных органических веществ, которые быстро забраживают и загнивают. Сюда относятся воды от мойки технологического оборудования и трубопроводов, полов, замачивания зерна на солод, его мойки и дезинфекции, лютерная вода, продувочный сброс транспортерно-моечных вод после многократного использования. Дополнительно устроена канализационная сеть транспортерно- моечных вод, куда направляются сточные воды от гидравлического транспортера и от мойки клубней картофеля. Основными видами загрязнений этих вод являются взвешенные вещества (песок, земля и т.п.), а также растворимые составляющие почвы и поверхностные органические вещества клубней, количество которых резко возрастает при транспортировании и мойке поврежденных, загнивших или подмороженных клубней картофеля. Износ производственных фондов предпрятия довольно значительный, что может в некоторых случаях спровоцировать аварию.
При характеристике отходов посчитаем объем барды в зависимости от производительности данного предприятия, а при характеристике сточных вод посчитаем объем сточных вод. Эти данные будут являться исходными для прогнозирования загрязнения водного объекта.
Из таблицы 7 по количеству сточных вод на спиртовых предприятиях спиртовой цех производит 627,5 м3/ 1000 Дал сточных вод, соответственно наш объем производства спирта предприятием составляет 4200 Дал спирта за сутки ( 3 смены ). Отсюда, расход сточной воды предприятием составляет 2635,5 м3
Таким же образом, можно рассчитать объем барды на нашем производстве. Расход барды суточной производительности спиртового производства составляет 13 Дал на 1 Дал спирта. Наше предприятие производит 4200 Дал спирта за сутки. Отсюда, объем барды 54600 Дал за сутки, т.е. 546 м3 барды. Объем сточных вод
6275002635500л/сут
2635,5куб.м/сут
109,8125куб.м/час
1,830208куб.м/мин
0,030503куб.м./сек
объем барды
546000л/сут
546куб.м/сут
22,75куб.м/час
0,379167куб.м/мин
0,006319куб.м./сек
По данному объекту исходные данные
qкуб.м./сек0,0305034720,006319444
Qкуб.м./сек0,0520,052
Vv/c0,170,17
Hм0,160,16
lм100100
I1м85,4700854785,47008547
Сстмг/л31,3459000
Сфмг/л22
3. Прогнозирование загрязнения водного объекта на предприятии по производству спирта
Выпуск производственных сточных вод на предприятии ОАО "Бурятфармспирт" производится в реку Ара-Кижа. Очистка смеси бытовых и производственных сточных вод осуществляется совместно на очистных сооружениях. Расход сточных вод составляет 2635, 5 куб.м./сутки, количество барды составляет 546 куб.м./сутки. Оценим загрязенние водного объекта при попадании в него неочищенных производственных сточных вод и барды.
Исходные данные
qкуб.м./сек0,0305034720,006319444
Qкуб.м./сек0,0520,052
Vv/c0,170,17
Hм0,160,16
lм100100
I1м85,4700854785,47008547
Сстмг/л31,3459000
Выпуск производственных сточных вод регламентируется следующими условиями:
- в них не должно содержаться более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ;
- не должны содержать вредные вещества в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем;
- производственные сточные воды должны иметь температуру не выше 40оС.
Условия выпуска производственных сточных вод в водные объекты регламентируются "Правилами охраны поверхностных вод"[16].
Расчетные методы определения условий выпуска сточных вод в водоемы и прогнозирование их санитарного состояния. Определение условий сброса сточных вод.
Методы определений условий сброса сточных вод опираются:·
- на предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воде водных объектов как государственный фактор, регулирующий условия выпуска сточных вод.
- на представление о гидрологических и гидродинамических закономерностях.
Оценка требуемой очистки сточных вод (CB) позволяет сделать обоснованный выбор типа и мощности очистных сооружений, вариантов размещения оголовков выпуска (у берега или в стрежень) и их конструктивных особенностей. Участок водоема от места выпуска стоков условно делят на зоны: 1) начального разбавления, в которой скорости истечения стоков (Vс) существенно выше скорости потока воды (Vп); 2) основного разбавления, в которой Vс = Vп и перемешивание стоков идет за счет турбулентной диффузии; 3) зона самоочищения, которую в расчетах не учитывают.
сточные воды
6275002635500л/сут2635,5куб.м/сут109,8125куб.м/час1,830208куб.м/мин0,030503куб.м./сек qкуб.м./сек0,0305034720,006319444
Qкуб.м./сек0,0520,052
Vv/c0,170,17
Hм0,160,16
lм100100
I1м85,4700854785,47008547
Сстмг/л31,3459000
Сфмг/л22
барда546000л/сут546куб.м/сут22,75куб.м/час0,379167куб.м/мин0,006319куб.м./сек Прогноз загрязнения водного объекта проводится согласно методики разработки нормативов допустимых сбросов (приказ № 333).
Расчетные формулы
Концентрация i - го загрязняющего вещества в контрольном створе водного объекта Где
- Концентрация i - го загрязняющего вещества в контрольном створе водного объекта, мг/л
q - расход сточных вод м3/с
Q- расход воды в водном объекте м3/с
Сст - концентрация загрязняющего вещества в сточной воде мг/л
С ф - фоновая концентрация загрязняющего вещества в сточной воде мг/л
- коэффициент смешения - безразмерный коэффициент, показывающий, какая часть расхода приемника СВ смешивается с СВ в максимально загрязненной струе расчетного створа. Коэффициент смешения для водотоков определяется по формуле
где е - основание натурального логарифма, е = 2.72
1- Расстояние от выпуска СВ до расчетного створа по фарватеру, м
- коэффициент, учитывающий гидравлические условия смешения в водотоке, определяется по формуле
Где - коэффициент извилистости водотока (отношение расстояния от выпуска СВ до расчетного створа по фарватеру к расстоянию по прямой)
- коэффициент, зависящий от типа выпуска СВ (для берегового выпуска СВ -1.0, для руслового - 1.5)
D - коэффициент турбулентной диффузии, м3/с определяется
Где q ускорение свободного падения = 9.81 м/с2
V -средняя скорость течения м/с H -средняя глубина воды в водотоке, м
nш- коэффициент шероховатости русла водотока ( равен 0.030 )
с- коэффициент Шези, м0.5/с определяемый по формуле ( при H 5 м )
Где R- гидравлический радиус потока, м (R= H)
Y- безразмерный коэффициент, определяемый по формуле
-0,13-0,75
Расчет по сточным водам и по барде (вариант 1 и вариант 2).
-0,13-0,75=
2,5
=-
= = 1,17 = = 4,5 1
превышает в 3,5 раза
Мф = = 0,956.
Барда
=20,3
=
= 1,17 = = 2219,9 1
Превышает в 2218,9 раз.
Мф = = 372,8446 г/с.
Y= Kвг Kвг - коэффициент, учитывающий природно-климатические условия в зависимости от времени года.
- коэффициент, учитывающий экологические факторы.
-коэффициент индексации учитывающий инфляционную составляющую экономического развития (Равен 1)
- таксы для исчисления размера вреда от сброса вредного вещества в водные объекты.
- масса сброшенного вредного вещества.
- коэффициент, учитывающий интенсивность негативного воздействия вредных веществ на водный объект (равен 1).
Сточные водыБардаKвг1,101,102,802,801110109,9т38656,515 Y= Kвг = 1,10тыс. рублей ущерб по сточным водам.
Y= Kвг =1,10 тыс. рублей. Ущерб по выбросу барды.
При расчете ИЗВ для составляющих Ci/ПДКi по неоднозначно нормируемым компонентам применяется ряд следующих условий:
для биологического потребления кислорода БПК5 (ПДК - не более 3 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более 6 мг O2/дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования) устанавливаются специальные значения нормативов, зависящие от самого значения БПК5:
Таблица 4
Показатель БПК5 (мг О2/л)Значение норматива (ПДК)Менее 33От 3 до 152Свыше 151 Концентрация растворенного кислорода нормируется с точностью до наоборот: его содержание в пробе не должно быть ниже 4 мг/дм3, поэтому для каждого диапазона концентраций компонента устанавливаются специальные значения слагаемых Ci/ПДКi:
Таблица 5
Концентрация (мгО2/л)Значение слагаемого Ci/ПДКiБолее или равно 66Менее 6 до 512Менее 5 до 420Менее 4 до 330Менее 3 до 240Менее 2 до 150Менее 160 Классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды
Таблица 7
ВодыЗначения ИЗВКлассы качества водОчень чистыедо 0,2IЧистые0,2-1,0IIУмеренно загрязненные1,0-2,0IIIЗагрязненные2,0-4,0IVГрязные4,0-6,0VОчень грязные6,0-10,0VIЧрезвычайно грязные>10,0VII Характеристики интегральной оценки качества воды
ИЗВКласс качества водыОценка качества (характеристика) водыМенее и равно 0,2IОчень чистыеБолее 0,2-1IIЧистыеБолее 1-2IIIУмеренно загрязненныеБолее 2-41VЗагрязненныеБолее 4-6VГрязныеБолее 6-10VIОчень грязныеСвыше 10VIIЧрезвычайно грязные Комбинаторный индекс загрязненности (КИЗ): В гидрохимической практике используется метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр - Кi и повторяемости случаев превышения Нi, а также общий оценочный балл - Bi:
; (1.7) ; (1.8) ; (1.9)
где: Сi - концентрация в воде i-го ингредиента;
ПДКi - предельно допустимая концентрация - i-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения [10];
NПДКi - число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту;
Ni - общее число измерений i-го ингредиента.
Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды, табл. 1.5 [17].
Таблица 1.5.
Классификация загрязненности воды водных объектов
Значение комбинаторного индекса загрязненности водыКласс загрязненности воды12345Условно чистаяСлабо
загрязненнаяЗагрязненнаяГрязнаяОчень
грязнаяПри отсутствии ЛПЗ11-22,1-44,1-10101 ЛПЗ0,90,9-1,81,9-3,63,7-9,09,02 ЛПЗ0,80,8-1,61,7-3,23,3-8,08,03 ЛПЗ0,70,7-1,41,5-2,82,9-7,07,04 ЛПЗ0,60,6-1,21,3-2,42,5-6,06,05 ЛПЗ0,50,5-1,01,1-2,02,1-5,05,0 Показатель КИЗ учитывает одновременно показатели качества, содержание которых превышает установленные ПДКвр, повторяемость случаев превышения ПДКвр, кратность превышения ПДКвр. КИЗ используется, в основном, в случае комбинированного воздействия на экосистемы ряда токсичных веществ.
Более совершенным является индекс, получивший название удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗ), учитывающий те случаи, когда вода очень сильно загрязнена одним или несколькими загрязняющими веществами, но имеет удовлетворительные характеристики по всем остальным показателям. УКИЗ представляет собой долю индекса КИЗ, приходящуюся на один учитываемый ингредиент. Достоинствами данного метода является сочетание дифференцированного и комплексного подходов к оценке качества воды [18].
Индекс загрязненности воды (ИЗВ). Результаты гидрохимических анализов по множеству показателей дают определять классы качества воды в виде интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод.
Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), которая рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле
, (1.10)
где: сi - среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год);
ПДКi - предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества.
В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицированы по степени загрязнения следующим образом, табл. 1.6 [16].
4. Разработка мероприятий по повышению устойчивости функционирования предприятия по производству спирта
Наиболее активной формой защиты от загрязнения является безотходная технология производства. Под понятием "безотходная технология" следует подразумевать комплекс мероприятий в технологических процессах, позволяющих до минимума сократить количество вредных сбросов и уменьшить до приемлемого уровня воздействие отходов на водные ресурсы. В этот комплекс мероприятий входят:
- создание и внедрение новых технологических процессов с образованием наименьшего количества отходов;
- разработка бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе способов очистки сточных вод;
- внедрение систем переработки отходов;
- создание промышленных комплексов, имеющих замкнутую структуру;
Поскольку полный перевод предприятия на безотходную технологию представляет собой сложную задачу, то важными направлениями экологизации производства следует считать:
- уменьшение сбросов загрязняющих веществ в водные объекты за счет совершенствования технологий;
- утилизацию отходов;
- применение пассивных методов защиты реки Ара-Кижа. Пассивные методы защиты водных объектов включают комплекс мероприятий по ограничению сбросов. Перед сбросом сточных вод в водный объект даже после основательной очистки их необходимо разбавлять чистой водой.
Сточные воды влияют на санитарный режим водоема, т.е. на процессы их естественного самоочищения от органических веществ. К основным средствам регулирования качества природных вод относятся:
- очистка промышленных стоков;
- мелиоративные и противоэрозионные мероприятия;
- сокращение загрязнения атмосферы;
- улучшение разработки и использования природных ресурсов.
Выбор места расположения пунктов наблюдения за состоянием водных объектов
Выбор местоположения пункта наблюдения является наиболее важным этапом организации работ по наблюдению за загрязнением поверхностных вод. Под пунктом наблюдения следует понимать место на водоёме, в котором производится комплекс работ по получению данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуются в первую очередь на водных объектах имеющих большое рыбнохозяйственное значение. Помимо этого, при расположении пунктов учитываются состояние и перспективы использования водного объекта. Количество и месторасположения пунктов наблюдений должны обеспечить получение всей необходимой информации. Пункты наблюдений включают в себя один или несколько створов. Под створом подразумевается условное поперечное сечение водоёма, в котором проводится комплекс работ для получения данных. Створы размещаются с учетом гидрометеорологических условий и морфологических особенностей водоёма.
Барда, благодаря содержанию клетчатки, углеводов, белка и микроэлементов, является вторичным сырьевым ресурсом, она может служить сырьём для производства корма для животных и других полезных продуктов.
Также Данное предприятие барду может перерабатывать на корма. Иногда её используют в качестве корма в не переработанном виде, но это неудобно, так как барда очень недолго хранится, а перевозить её невыгодно. Также барда жидкая иногда использовалась в строительстве в качестве пластификатора бетонных и ц./п. смесей.
С целью переработки указанных отходов спиртового производства разработаны технологии получения кормового белка на следующих вариантах углеводсодержащего субстрата, представляющего:
1. послеспиртовую барду и отходы зерномукомольного производства (отруби, мука);
2. жидкие отходы производства спирта со стадии ректификации - головных фракций и сивушного масла;
3. послеспиртовую барду с отходами зерномукомольного производства (отруби) и спиртовой конденсат после ректификационной колонны.
Повышение устойчивости предприятия
Инженерно-технический комплекс предприятия включает здания и сооружения, технологическое оборудование и коммуникации, системы электроснабжения, теплоснабжения, водоснабжения, газоснабжения, канализации.
Повышение устойчивости зданий и сооружений:
- при проектировании и строительстве повышение устойчивости зданий и сооружений достигается путем применения для несущих конструкций высокопрочных и легких материалов (сталей повышенной прочности, алюминиевых сплавов), у каркасных зданий - применением облегченных конструкций стенового заполнения и увеличением световых проемов путем использования стекла, легких панелей из пластиков и других легко разрушающихся материалов.
Повышение устойчивости технологического оборудования.
Для повышения устойчивости технологического оборудования необходимо предусматривать:
- размещение тяжелого оборудования на нижних этажах;
- прочное закрепление станков на фундаментах, устройство контрфорсов, повышающих устойчивость станочного оборудования к действию скоростного напора ударной волны;
- размещение наиболее ценного и нестойкого к ударам оборудования в зданиях с повышенными прочностными характеристиками или в специальных защитных сооружениях, а более прочного ценного оборудования - в отдельно стоящих зданиях павильонного типа, имеющих облегченные и трудновозгораемые ограждающие конструкции, разрушение ко- торых не повлияет на сохранность оборудования.
Кроме того, следует создавать запасы наиболее уязвимых деталей и узлов технологического оборудования, а также изготавливать в мирное время защитные конструкции (кожухи, камеры, навесы, козырьки и т. д.) для защиты оборудования от повреждений при нарушении конструкций зданий.
Повышение устойчивости технологического процесса.
Повышение устойчивости технологического процесса достигается заблаговременной разработкой способов продолжения производства при выходе из строя отдельных станков, линий и даже отдельных цехов за счет перевода производства в другие цехи; размещением производства отдельных видов продукции в филиалах; путем замены вышедших из строя образцов оборудования другими, а также сокращением числа используемых типов станков и приборов.
Для случаев значительных разрушений предусматривают замену сложных технологических процессов более простыми с использованием сохранившихся наиболее устойчивых типов оборудования и контрольно-измерительных приборов.
На всех объектах разрабатываются способы безаварийной остановки производства по сигналу оповещения. Если по условиям технологического процесса остановить отдельные участки производства, агрегаты, печи и т. п. нельзя, то их переводят на пониженный режим работы.
Повышение устойчивости систем энергоснабжения.
Устойчивость систем электроснабжения организации повышается путем подключения ее к нескольким источникам питания, удаленным один от другого на расстояние.
В сетях электроснабжения проводятся мероприятия по переводу воздушных линий электропередач на подземные, а линий, проложенных по стенам и перекрытиям зданий и сооружений, - на линии, проложенные под полом первых этажей (в специальных каналах).
При монтаже новых и реконструкции старых сетей устанавливают автоматические выключатели, которые при коротких замыканиях и при образовании перенапряжений отключают поврежденные участки.
Водоснабжение организации более устойчиво и надежно, если организация питается от нескольких систем или от двух - трех независимых водоисточников, удаленных друг от друга на безопасное расстояние. Гарантированное снабжение водой может быть обеспечено только от защищенного источника с автономным и тоже защищенным источником энергии. К таким источникам относятся артезианские и безнапорные скважины, которые присоединяются к общей системе водоснабжения объекта.
Пожарные гидранты и отключающие устройства размещаются на территории, которая не будет завалена в случае разрушения зданий и сооружений. Внедряются автоматические и полуавтоматические устройства, которые отключают поврежденные участки без нарушений работы остальной части сети. На объектах, потребляющих большое количество воды, применяется оборотное водоснабжение с повторным использованием воды для технических целей.
Инженерно-технические мероприятия по повышению устойчивости систем теплоснабжения проводят путем защиты источников тепла и заглублением коммуникаций в грунт.
Тепловая сеть строится, как правило, по кольцевой системе, трубы отопительной системы прокладываются в специальных каналах. Запорные и регулирующие приспособления размещаются в смотровых колодцах и по возможности на территории зданий и сооружений. На тепловых сетях устанавливается запорно-регулирующая аппаратура (задвижки, вентили и др.), предназначенная для отключения поврежденных участков.
Мероприятия по повышению устойчивости системы канализации разрабатываются раздельно для ливневых, промышленных и хозяйственных (фекальных) стоков. На объекте оборудуется не менее двух выводов с подключением к городским канализационным коллекторам, а также устанавливаются выводы для аварийных сбросов неочищенных вод в прилегающие к объекту овраги и другие естественные и искусственные углубления. Для сброса строят колодцы с аварийными задвижками и устанавливают их на объектовых коллекторах с интервалом 50 м и по возможности на незаваливаемой территории.
Таким образом, для вашего предприятия предложите перечень мероприятий в виде таблицы
Заключение
В данной выпускной квалификационной работе на тему "Устойчивость функционирования спиртового производства в ЧС экологического характера" было рассмотрено спиртовое производство, как источник чрезвычайной ситуации экологического характера, рассмотрено предприятие по производству этилового спирта.
На основании выше изложенного сделаны следующие выводы:
1. Спрогнозировано загрязнение водного объекта при аварии на производстве;
2. Разработаны мероприятия по повышению устойчивости функционирования предприятия по производству спирта.
Вставить ФЗ из главы 1 2. Гавриленков А.Ч. Экологическая безопасность пищевых производств. - С-П.: Гиорд, 2006. - 272 с.
3. Лоренц В.И. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. Киев, 1972. - 188 с.
4. Научно-практический журнал "Экология производства"№9 2009 г. 36 с
5. Научно-практический журнал "Экология производства" №12, 2009 г. 52-56 с.
6. Научно- практический журнал "Экология и промышленность" ноябрь, 2010 г.
7. Научно-популярный и образовательный журнал "Экология и жизнь" №10 2010 г.
8. http://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=52
9. http://www.ecoindustry.ru/phorum/viewtopic.html&f=6&t=5075
10. http://www.ecoindustry.ru/news/view/30159.html
11. http://www.foodprom.ru/rus/main.php?page=books 1. Инструкция по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и в водные объекты. _ М., 1989. _ С.18. 2. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами. _ Харьков, 1990. _ С.113. С троительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения. СниП 2.04.03-85. _ М., 1986. _ С.72. 3. Правила приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов. _ 4-е изд. _ М., 1988. _ С.48. 4. Правила охраны поверхностных вод (типовые положения). _ М., 1991. . С.34. 5. Путимов А.В., Копреев А.А., Петрухин Н.В. Охрана окружающей среды. _ М.: Химия, 1991. _ С.223. 6. Санитарные правила и нормы. Охрана поверхностных вод от загрязнения. СанПиН № 4630-88 / Мин-во здравоохранения СССР. _ М., 1988. _ С.66. 7. Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы. - М.: Стройиздат, 1977. - С.222
. Нормы технологического проектирования предприятий спиртовой промышленности. ВНТП 34-93.Москва, 1993 г. (http://www.docload.ru/Basesdoc/9/9797/index.htm)
Аппаратурная схема процесса
1-Мельница 2 Смеситель 3 Насос
4 Аппарат варочный
5 Паросепаратор
6 Осахариватель
7 Холодильник сусла
8 Аппарат бродильный
9 Подогреватель бражки
10 Колонна бражная
11 Дефлегматор
12 Конденсатор
13 Сборник спирта-сырца
14 Куб
15 Колонна спиртовая
16 Охладитель спирта
17 Сборник спирта
Блок схема производства спирта-сырца из картофеля
Д 2513.61.0.60.655.0000 ПЗЛистИзм.Лист№ докум.Подп.Дата86
ДОУ 2513.61.0.60.655.0000Изм.Лист№ докум.Подп.ДатаРазраб.Характеристика спиртового производства как источника возникновения ЧС экологического характераЛитерЛистЛистовПров.УН. контр.Утв. Изм.Лист№ докум.Подп.ДатаРазраб.Характеристика спиртового производстваЛитерЛистЛистовПров.УН. контр.Утв. Изм.Лист№ докум.Подп.ДатаРазраб.Прогнозирование загрязнения водного объекта на предприятии по производству спиртаЛитерЛистЛистовПров.УН. контр.Утв. Изм.Лист№ докум.Подп.ДатаРазраб.Разработка мероприятий по повышению устойчивости функционирования предприятия по производству спиртаЛитерЛистЛистовПров.УН. контр.Утв. Изм.Лист№ докум.Подп.ДатаРазраб.ЗаключениеЛитерЛистЛистовПров.УН. контр.Утв. 
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
351
Размер файла
1 606 Кб
Теги
gotovy
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа