Охорона навколишнього середовища

1. Охорона навколишнього середовища

Щорічно в Україні виготовляються мільйони акумуляторних батарей, у виробництві яких використовуються різноманітні шкідливі для організму людини та навколишнього середовища речовини та сполуки.

Проблема утилізації усіх цих викидів є головною, тому що електроліт і важкий метал свинець потрапляють в грунт, а потім в підземні води - джерело питної води, таким чином існує проблема очищення стічних вод.

Особливо небезпечне скидання виробничих стічних вод, а також вступ у водоймища з територій міст і населених пунктів з розвиненою промисловістю талих і дощових вод, що містять різні токсичні речовини (метали, нафтопродукти і інші важкоокисляємі органічні речовини), внаслідок чого вода водоймища може стати непридатною для водокористування.

Для вирішення другої екологічної проблеми (брак акумуляторів, надлишок бракованого свинцю) інженери НПК «Іста» спільно з фахівцями концерну «Варта» першими в Україні розробили унікальний рециркуляционний комплекс по утилізації старих акумуляторних батарей (РЕКС). Його будівництво ведеться на території заводу.

1.1 Утилізація відбракованих акумуляторів

Процес утилізації акумуляторів в цьому комплексі проходить у декілька етапів. Спочатку акумулятори роздавлюють під пресом для зливу електроліту. Зібраний в спеціальну ємність старий електроліт вирушає для переробки на одне з підприємств хімічної промисловості.

На другому етапі відбувається сортування зруйнованих акумуляторів на крупні і дрібні частини. Далі для здобуття свинцю крупні частини поступають на переплавку в шахтну піч, а дрібні - в коротко-барабанну піч, звану інколи роторною. Щоб не отруювати атмосферу, шкідливі гази, що виділяються в процесі переплавки, поступають в печі термічного очищення і у фільтри для очищення від пилу. Цей комплекс оснащений як вітчизняним, так і німецьким устаткуванням фірми Varta.

1.2 Шкідливі речовини та їх уловлювання

На виробництві свинцево-кислотних акумуляторів застосовуються різноманітні речовини та сполуки, які є токсичними та отруйними як для навколишнього середовища так і для здоров`я людини.

Такими речовинами та сполуками є: сполуки свинцю, сірчана кислота, різноманітні домішки - ламінована сажа, сірчанокислий барій, органічні розширювачі, селен, тальк, стибин, арсин та інші.

Щоб запобігти отруєнню навколишнього середовища, треба максимально скоротити викид солей кольорових металів.

Це призведе до зменшення концентрації та об'єму сточних вод та створить тим самим необхідні умови для маловідходних та безвідходних технологічних процесів.

Технологічні викиди на проектованому базовому підприємстві проходять очистку, уловлюються, підлягають рекуперації і нейтралізації шкідливих речовин, які знаходяться у промислових газах, стічних водах.

На иробництві ДОЗ «Енергоавтоматика» діють такі цеха:

- виливання подвійних токовідводів;

- виробництво порошку діоксиду свинцю;

- виготовлення паст;

- намазка пасти на токовідводи (виробництво електродних пластин);

- сушка та дозрівання електродних пластин;

- розділення подвійних електродів;

- набір електродних пластин, їх пайка та установка у моноблок;

- збирання батареї;

- заливка батареї електролитом та формовка (заряд);

- контроль, підготовка та упаковка готових батарей.

З метою забезпечення нормативного стану навколишнього середовища та екологічної безпеки передбачається комплекс заходів, у тому числі:

- герметизація технологічного та газовідодного обладнання;

- зберігання матеріалів, які використовуються у відповідності з нормами;

- використання сучасного технологічного обладнання;

- використання системи оборотного водопостачання, що економить витрати води питної якості;

- постійний облік витрати води, для чого на вводі установлені водомірні вузли з водомірами.

1.3 Класифікація відходів за агрегатним станом

Промислові відходи підприємства, що виробляє свинцеві акумулятори, за агрегатним станом бувають:

- тверді відходи: відходи свинцю, які належать утилізувати або переробити (залишки свинцю, які відносяться до браку);

- рідкі відходи: розчин електроліту та стічні води (які утворюються при приготування електроліту та при формуванні електродів, та промивці устаткування), та містять шкідливі речовини - сполуки свинцю та сірчану кислоту, яка є компонентом пасти і електролітів;

- газоподібні викиди в атмосферу пилу свинцю, води; аерозолі кислоти; пилу зі сполуками.

Приведемо таблицю ГДК компонентів, які використовуються в виробництві свинцево-кислотних акумуляторів.

Таблиця 1.1 - Порівнянні показники якості стічних вод очищених на підприємстві із значеннями ГДК для м. Дніпропетровська

№ п/п	Найменування	Ед.вим.	Очищені сточні води	Значення ГДК в м. Дніпропетровськ, не більше
1	РН	Ед	7,4	6,5- 9,0
2	Свинець розч.	мг/л	0,1	0.044
3	Залізо заг.	мг/л	0,28	0,3
4	Сульфат-іон	мг/л	1000	100

Приведемо класифікацію за цехами , які шкідливі викиди є на кожному з них, та які супутні міри з захисту від відходів.

1. Цех відливання свинцевих циліндриків та отримання свинцевого порошку:

Шкідливі викиди:

- пари свинцю;

- розплавлений свинець, розлитий по підлозі.

Пари свинцю уловлюються місцевою та загальною вентиляцією, а розлитий свинець після застигання, робочими збирається з підлоги, та знову відправляється до котла, де його розплавляють. Свинцевий пил уловлюється місцевою вентиляцією та йде на очистку повітря від свинцю. Проливи води стікають до місцевої каналізації та йдуть на ЦСН. Це здійснюється за допомогою підлоги зробленої кутом до центру цеху, де в підлозі зроблений отвір приєднаний до розгалуженої сітки внутрішньо-заводської каналізації, проведеної під підлогою.

2. Цех приготування активної маси:

Шкідливі речовини:

- пролив сірчаної кислоти;

- свинцевий порошок;

- різноманітні домішки до активних мас - сурма, миш`як, кобальт, сульфат барію, сульфат стронцию;

- готова активна маса, яка містить в собі комплекс шкідливих сполук.

Рідка фаза, яка отримується шляхом поєднання на підлозі активної маси, розлитої води, кислоти, по місцевій каналізації йде на ЦСН.

3. Цех відливання грат струмовідводів:

Шкідливі речовини:

- пил свинцю;

- розплавлений свинець, розлитий по підлозі.

Розлитий свинець збирається робочими та направляється до котла, а пари свинцю уловлюються вентиляцією.

4. Цех намазування активної маси:

Шкідливі речовини:

- Пил від активної маси;

- Активна маса, розсипана по підлозі.

Активна маса видаляється з підлоги робочими при прибиранні, а пил уловлюється місцевою та загальною вентиляцією.

5. Цех сушки та дозрівання електродних пластин:

Шкідливі речовини:

- вода, яка випаровується може містити домішки сірчаної кислоти.

Пари води уловлюються місцевою вентиляцією.

6. Цех бакового формування:

Шкідливі речовини:

- аерозолі кислоти;

- розчин сірчаної кислоти , розлитий по підлозі.

Аерозолі кислоти видаляються місцевою вентиляцією, а кислота розлита по підлозі видаляється місцевою каналізацією на ЦСН.

7. Цех розділення подвійних струмовідводів:

Шкідливі речовини:

- пил активної маси;

- шматочки свинцю, отримані при розділенні струмовідводів.

Пил активної маси, яка піднялась у повітря при прибирання видаляється загальною вентиляцією, а шматки свинцю прибираються робочими.

8. Цех пакетування електродних пластин:

Шкідливі речовини:

- активна маса осипана на підлогу.

Прибирається робочими, підлога промивається водою, яка через каналізацію потрапляю до ЦСН.

9. Збиральний цех:

Шкідливі речовини:

- пари свинцю;

- розплавлений свинець, розлитий по підлозі.

Пари свинцю уловлюються місцевою вентиляцією, а розплавлений свинець після застигання знову направляється до котла.

10. Цех заливки електроліту в зібрані акумулятори:

Шкідливі речовини:

- сірчана кислота.

Сірчана кислота, яка видаляється місцевою каналізацією та направляється на ЦСН.

1.4 Вимоги до розчинів електролітів та їх приготування

Для виготовлення різних розчинів, які використовуються у виробництві батарей, необхідна добре очищена вода, тому що звичайна водопровідна вода містить солі важких металів, трудно розчинні гідроксиди, такі речовини негативно впливають на якість пасти та електролітів , які готуються.

Виробничі стічні води, що не задовольняють вказаним вимогам, повинні піддаватися попередньому очищенню. Міра цього очищення має бути погоджена з організаціями, що проектують очисні спорудження населеного пункту.

Об'єднання стічних вод, здатних вступати в хімічні реакції з виділенням отруйних або вибухонебезпечних газів і утворювати емульсії, а також що мають велику кількість нерозчинених речовин, не допускається. Забороняються залпові скидання сильноконцентрірованих виробничих стічних вод. При значних коливаннях їх складу протягом доби необхідно передбачати ємкості -- усреднітелі, що забезпечують рівномірний випуск води.

Функцію підготовки води виконує цех водопідготовки, який оснащений спеціальною іонообмінною установкою, що працює в автоматичному режимі за строго заданими параметрами.

Ефективність роботи акумуляторів залежить від чистоти розчинів електролітів, а саме від чистоти води та сірчаної кислоти.

Розчини електролітів готуються на установці приготування електролітів, яка містить два міксери, ємності для збереження концентрованої сірчаної кислоти, ємності для збереження знесоленої води й розчинів електролітів, системи охолодження міксерів і системи трубопроводів, по котрим готові електроліти насосами подаються у ємності-накопичувачі.

Приготування розчинів проводиться шляхом змішування розрахункової кількості знесоленої води і концентрованої технічної сірчаної кислоти. У процесі приготування оператор контролює кількість знесоленої води і концентрованої сірчаної кислоти, температуру і густину електроліту.

1.5 Отримання знесоленої води (водопідготовка)

В таблиці 1.2. наведені показники якості первинної води і такої, що потрібна для якісної роботи акумуляторів. Як видно з таблиці 1.2. показники первинної води по складу іонів металів та інших, значно перевищують вимоги до розчинника, необхідного для ефективної роботи акумулятора.

Знесолена вода отримується на установці знесолення води фірми CWG Water Technology GmbH ( Германія). Схема установки по отриманню знесоленої води показана на рис.1.2.

Установка призначувана для очистки первинної води. Для отримання знесоленої води постійної якості необхідно дотримуватися наступних умов роботи установки:

а) постійний хімічний состав первинної води;

б) підтримання необхідного тиску води і керованого повітря;

в) необхідний запас регенеруючих речовин. Мінімальним є запас, достатній для проведення однієї регенерації.

Таблиця 1.2 - Показники якості знесоленої води до і після очистки

№	Найменування показників якості	Одиниці вимірювання	Показники якості
			Первинна вода	Вода після очистки
1	Температура води	°С	10-25	10-25
2	Каламутність	мг/л	0,2	відсут.
3	рН	-	7-8	6-7,5
4	Жорсткість, заг.	мг-экв./л	3,8	< 0,1
5	Хлориди	мг/л	3 2	< 1,0
6	Сульфати	мг/л	198	<10
7	Кальцій	мг/л	62	< 0,1
8	Магній	мг/л	15	<0,1
9	Залізо , заг.	мг/л	0,1	<0,1
10	Марганець	мг/л	відсутній	відсутній
11	Аміак	мг/л	відсутній	відсутній
12	Нітрати	мг/л	<0,5	<0,1
13	Нітрити	мг/л	відсутні	відсутні
14	Сухий залишок	мг/л	212	<20
15	Прожарений залишок	мг/л	165	<15
16	Окисляємість перманганату	мгО/л	9	<1,0
17	Хлор	мг/л	< 0,1	відсутній
18	Фтор	мг/л	відсутній	відсутній
19	Електропровідність	Ом-1·См-1	4,27·10-4	< 9·10-6

Первинна вода, яка очищується, спочатку проходить через автоматичну фільтровальну установку CWG AC 2160/132F/XPO, у котрій відбувається очистка води від органічних речовин. У якості фільтрующого матеріалу використовується активоване вугілля. Після очистки від органічних речовин вода попадає на установку знесолення води. Установка знесолення води типу працює по принципу іонного обміну (рис. 1.1). Молекули розчинених у воді солей, кислоти й лугу дисоціюють у воді на позитивно заряджені катіони й негативно заряджені аніони. Наприклад поварена сіль дисоціює на катіони натрію (Nа+) і аніони хлору (Сl-) за рівнянням:

NaCl-Na++Cl

Первинна вода проходить послідовно через катіоніт та аніоніт (поз.1,2, рис.1.1), які містять функціональну групу; іонообмінна смола принабуханні дисоціює на рухомі йони та тверду матрицю (нерухомі йони), заряд якої фіксований на поверхні. При дисоціації катіоніту рухомим є іон водню (Н+), а при дисоціації аніоніту - гідроксид аніон (ОН-).

Ca(HCO3)2+H2R-CaR+2H2CO3> (2H2O+2CO2)

При повному знесоленні технічної води відбувається обмін катіонів солей, таких як кальцій, магній, на рухомі катіони катіоніту. З солей карбонатної жорсткості утворюється вода і вільна вуглекислота, а із звязаних з кальцієм і магнієм сильних аніонів (не карбонатної жорсткості) утворюються вільні мінеральні кислоти, такі як сірчана й соляна:

CaSO4+H2R-CaR+H2SO4

CaCl2+H2R-CaR+2HCl

Відповідно, обмін аніонів солей на аніони гідроксилу(ОН-), що міститься у іонообмінній смолі(поз.5,6, рис.1.1) проходить за такими реакціями:

H2SO4+20H-R-SO42-R2+2H2O

HCl+OH-R-Cl-R+H2O

При проходженні відповідної кількості первинної води крізь шар смоли процес іонного обміну доходить до рівноваги і іоніт припиняє працювати, починаеться проскок йонів розчину потрібна регенерація смоли. Для цього через катіоніт пропускають розчин соляної кислоти (3-5% розчин), а через аніоніт розчин лугу (4-5%). За допомогою інжекторів BN1 і BN2 вказані розчини шляхом всмоктування подаються , з ємності із смолою ,знизу вверх. У результаті поглинені катіони і аніони витісняються у розчин і прямують на станцію нейтралізації і очищення стічних вод, а катіоніт і аніоніт збагачуються іонами обмінної форми, відповідно, іонами Н+ і ОН-.

Рисунок 1 - Схема установки отримання знесоленої води. 1,2 - катіонообмінні фільтри, 3- дегазатор води, 5,6- аніонообмінні фільтри, 7,8- прибори контролю проводимості знесоленої води, 9- ємність-накопичувач,10-ємність з регенеруючим засобом для катіонообмінного фільтру, 11- ємністьз регенеруючим засобом для аніонообмінного фільтру

1.6 Нейтралізація і очистка стічних вод

Очищення промислових стоків виконує станція нейтралізації. Технологічний процес побудований таким чином, що вода, очищена на станції нейтралізації, багато разів використовується у виробничому циклі. Робота очисних установок дозволяє повністю видалити з промислових стоків відходи виробництва і направити їх на повторну переробку.

Джерела шкідливих викидів у цеху бакового формування є аерозолі, які містять сірчану кислоту, а також проливи H2SO4. Тобто по агрегатному стану тип шкідливих викидів - рідкий та аерозолі, які потрібно уловлювати та знешкоджувати. Знешкодження та нейтралізація цих рідких відходів здійснюється по ЦСН. Уловлювання аерозолей забезпечується місцевою вентиляцією.

Стічні води всього виробництва стартерних акумуляторних батарей по системі каналів і трубопроводів попадають в ємності-усередники стічних вод. В ємностях відбувається усереднення вод, поступающих із різних цехів за величиною рН. Далі вода із ємності по системі трубопроводів попадає на станцію нейтралізування, де відбувається нейтралізація й очистка (рис. 1.2). При цьому проводяться основні етапи нейтралізування й очистки:

1. нейтралізація сірчаної кислоти розчином їдкого натру (поз. 4);

2. осадження нерозчинених свинцевих сполук шляхом добавки розчинів FeC13 і тринатрійфосфату (поз. 5,6) для того, щоб за допомогою йону заліза збільшити масу йонів сполук, та в зв'язку з цим прискорити осадження їх;

3. добавка поліакриламіду для об'єднання грубо-дисперсної суміші. (поз.7);

4. обезводнення рідкого слою шламу на фільтруючому пресі (поз. 15).

При нейтралізації за допомогою NaOH загально первинний вміст сульфату розчиняється у воді у виді Na2SO4.

На другій ступені за допомогою насоса-дозатора додають розчин FeC13 й регулюють величину рН до 8-9. Потім потік стічних вод попадає на третю ступінь (утворення пластівців). Додається невелика кількість органічного коагулюючого засобу. Стічна вода із пластівцями прямує в ємність, а звідси переливом рівномірно розподіляється на два нахильних очисних ламінарних відстійника. Далі стік проходить через коалесціюючі пластини, і потоком під напівзанурювальною перегородкою виносяться в зону сепарації. Сепарація здійснюється за схемою "знизу - вгору". Зважені речовини осідають на похилих пластинах, ущільнюються, сповзають під силою гравітації вниз і накопичуються в конусі сепаратора. Періодично осад віддаляється через стояк переносним насосом або спеціальним автотранспортом. Потім ця очищена вода тече до безперервно працюючого пісочного фільтру.

У цьому фільтрі відбувається інтенсивна фільтрація з метою повного видалення із стічних вод залишків твердих шкідливих речовин (освітлення). Принцип роботи пісочного фільтру заснований на протиточному принципі фільтрації. Вода поступає на верхню поверхню гравію, що фільтрує, очищається, проходячи через нього, після чого потрапляє через дифузори в магістральний трубопровід і далі в систему. Вся домішка, що знаходиться у воді затримується в гравієвому шарі. При сильному засміченні фільтр промивається зворотним потоком чистої води до повного очищення. Чим тоншим є пісок, тим вище буде міра фільтрації. Фільтри з кварцевим піском, використовують частки з розмірами з 0,3 до 1,2 мм і гарантують, фільтрацію всіх часток з розміром, вище 80 мікрон.

Чистий фільтрат проходить заключний контроль з заміром величини рН. Накопичений шлам автоматично відсмоктується насосом і транспортується в накопичувач шламу. Звідси шлам за допомогою пневматичного мембранного насосу високого тиску подається на фільтрпрес і там обезводнюється при робочому тиску 15 бар. Відтворений при цьому твердий осад має вміст сухого матеріалу 25-30%. Осад, потрапляє у ванни з котрих його переміщують у контейнери й транспортують до місця утилізації.



Рисунок 2 - Технологічна схема очистки промислових стічних вод на ЦСН. 1 - приямок, 2,3 -накопичувач , 4 - ємність-дозатор гідроксиду натрію, 5 - ємність-дозатор для хлориду заліза, 6 - ємність-дозатор тринатрійфосфату, 7 - ємність-дозатор поліакриламіду (флокулятор), 8 - реактор №1, 9 - реактор №2, 10 - реактор №3, 11 - реактор №4, 12 - ламінарний відстійник, 13 - пісочний фільтр, 14 - шламонакопичувач, 15 - фільтр-пресс, 16 - збірна ємність для води.

1.7 Проблеми охорони навколишнього середовища

Свинець. Найбільшу небезпеку для навколишнього середовища при виробництві акумуляторів представляє собою свинець. Шкідливий вплив свинцю не виключне на всіх етапах виробництва.

Виробництво оксиду свинцю надзвичайно небезпечно. Шкідливу дію свинцю можна уникнути шляхом автоматизації процесу і виведенні робітників з небезпечної зони. На багатьох заводах технологічним процесом управляє одна людина.

При відливанні грат вплив пари свинцю зведений до мінімуму завдяки використанню місцевої витяжної вентиляції (МВВ) спільно з термостатичним контролем свинцевих казанів (випар свинцю помітно збільшується при температурах більше 500оС).

Свинцева окалина, що утворюється на поверхні розплавленого свинцю, також може завдати шкоди. Окалина містить велику кількість найдрібнішого пилу, і при її видаленні слід дотримуватися особливої обережності.

Ділянки пастірованія традиційно характеризуються високою мірою дії свинцю. Вживаний виробничий метод часто приводить до викидів свинцевого шламу на устаткування, пів, щитки і черевики. Ці викиди застигають і утворюють свинцевий пил, що перемішується з повітрям. Понизити шкідливу дію можна, постійно протираючи пів вологою ганчіркою. Необхідно також протирати щитки губкою, змоченою у воді.

У інших операціях (формуванні, різанні пластин і збірці) шкідлива дія свинцю посилюється при роботі з сухими, запорошеними пластинами. Ця дія зводиться до мінімуму при вживанні МВВ спільно з наказаними засобами особистого захисту. У законодавстві розроблені норми гранично допустимій концентрації свинцю в повітрі і в крові.

Узяття зразків повітря на вміст свинцю здійснюється додатково до аналізу крові. В порівнянні із статистичним методом переважніший метод індивідуальних проб. Зазвичай через розкид окремих результатів потрібна велика кількість зразків повітря для достовірного дослідження вмісту свинцю.

В той же час вживання статистичних процедур, що коректують, при аналізі даних дозволить отримати коректну інформацію про джерела свинцю і дати підстави для внесення змін до технічної конструкції. Регулярні проби повітря можуть бути використані також для оцінки ефективності систем контролю. Гранично допустимі концентрації вмісту свинцю в повітрі та крові в різних країнах різні.

Їх діапазон в даний час вагається від 0,05 до 0,20 і від 50 до 80 мг/дл відповідно. Спостерігається тенденція до постійного зниження цих показників. На додаток до звичайних технічних засобів контролю необхідні і інші заходи по зменшенню дії свинцю. Це заборона приймати їжу, палити, пити або жувати гумку у виробничих приміщеннях.

Мають бути також передбачені відповідні засоби очищення і спеціальні місця для переодягання. Робочий одяг повинен міститися окремо від особистого одягу і взуття. Засоби очищення і душові необхідно розміщувати між чистою і брудною зонами.

Сірчана кислота. В процесі формування активний матеріал пластин перетворюється на позитивному електроді і в Pb на негативному електроді.

Як тільки пластини повністю заряджаються, починається витрачання води на електроліз, струм формування починає диссоціювати воду в електроліті на водень і кисень:

Позитивний:

Негативний:

Кипіння електроліту супроводиться утворенням туману з сірчаної кислоти.

Тальк. Тальк використовується як мастило для форм в окремих операціях по ручному відливанню. Через це украй поважно видаляти пил за допомогою продуманої системи витягу і контролювати її накопичення засобами управління процесом.

Штучні мінеральні волокна (ШМВ).

В свинцево-кислотних акумуляторах для електричної ізоляції позитивних пластин від негативних використовуються прокладки. У минулі роки з цією метою застосовувалися різні типи матеріалів (наприклад, гума, целюлоза, полівінілхлорид (ПВХ), поліетилен). Зараз спостерігається тенденція до використання прокладок із скловолокна і інших ШМВ.

Підвищений ризик виникнення раку легенів у робітників існував на зорі виробництва мінеральної вати (HSE 1990). Це захворювання проте могло стимулюватися і іншими канцерогенними матеріалами, використовуваними в той період. Проте, слід передбачити або безлюдну технологію, або ММВ для того, щоб звести до мінімуму дію ШМВ.

Стибин та арсин. У свинцевих сплавах зазвичай містяться сурма і миш'як, і за певних умов можуть утворитися стибін або арсин:

- коли елемент отримує надлишковий заряд;

- коли окалина сплаву свинцю з кальцієм змішується з окалиною сплаву свинцю з сурмою або свинцю з миш'яком.

Дві окалини можуть хімічно взаємодіяти з утворенням стибіну кальцію або арсеніду кальцію, які при подальшому зволоженні утворюють стибин або арсин.