Воздействие целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду.

Целлюлозно-бумажная промышленность относится к ведущим отраслям народного хозяйства, так как Россия располагает огромными лесосырьевыми ресурсами. Кроме того велика потребность в продукции этой отрасли, как в
России, так и за рубежом, и это определяет большой объём выпускаемой продукции. Продукцией целлюлозно-бумажной промышленности являются различные виды волокнистых полуфабрикатов (в т.ч. сульфитная и сульфатная целлюлоза), бумага , картон и изделия из них. Побочные продукты отрасли: кормовые дрожжи, канифоль, скипидар, жирные кислоты и др.
С другой стороны, чем больше отрасль, тем сильнее её воздействие на окружающую среду. И действительно, по воздействию на окружающую среду эта отрасль остаётся одной из проблемных по величине токсичных выбросов в атмосферу и сбросов в воду (таблицы 1 и 2), и экологической опасности для природной среды (таблица 3).

Группировка отраслей промышленности по коэффициенту токсичности выбросов в атмосферу.

Таблица 1.
|Отрасли промышленности. |Коэффициент |Оценка токсичности |
| |токсичности |выбросов. |
| |выбросов в | |
| |атмосферу. | |
|Цветная металлургия; |КТ1 › 10.1 |Особенно токсичные |
|Химическая. | |выбросы |
|Нефтехимическая; |КТ1 =5.1 – |Очень токсичные выбросы |
|Микробиологическая. |10.0 | |
|Чёрная металлургия; |КТ1 =1.6 – 5.0|Токсичные выбросы |
|Лесная, | | |
|деревообрабатывающая и | | |
|целлюлозно-бумажная. | | |
|Теплоэнергетическая; |КТ1 =1.0 – 1.5|Менее токсичные выбросы |
|Топливная; | | |
|Машиностроение и | | |
|металлообработка; | | |
|Лёгкая промышленность; | | |
|Пищевая промышленность. | | |

Группировка отраслей промышленности по коэффициенту токсичности сбросов в воду.

Таблица 2.
|Отрасли промышленности. |Коэффициент |Оценка токсичности |
| |токсичности |выбросов. |
| |выбросов в | |
| |атмосферу. | |
|Микробиологическая; |КТ2 › 5.1 |Особенно токсичные |
|Химическая; | |выбросы |
|Нефтехимическая; | | |
|Целлюлозно-бумажная. | | |
|Цветная металлургия; |КТ2 =2.1 – 5.0|Очень токсичные выбросы |
|Чёрная металлургия. | | |
|Пищевая; |КТ2 =1.1 – 2.0|Токсичные выбросы |
|Топливная; | | |
|Теплоэнергетическая. | | |
|Машиностроение и |КТ2 =0.5 – 1.0|Менее токсичные выбросы |
|металлообработка; | | |
|Лёгкая; | | |
|Стройматериалов. | | |

Классификация отраслей промышленности по экологической опасности для природной среды.

Таблица 3.

|Отрасли промышленности |Индекс экологической |Оценка опасности |
| |опасности, |отрасли |
| |рассчитанный по | |
| |отношению к валовой | |
| |продукции | |
|Цветная металлургия; |ИЭ › 10.1 |Особенно опасные |
|Микробиологическая. | | |
|Химическая; |ИЭ =5.1 – 10.0 |Очень опасные |
|Нефтехимическая; | | |
|Чёрная металлургия; | | |
|Теплоэнергетика | | |
|Лесная, |ИЭ =1.1 – 5.0 |Опасные |
|деревообрабатывающая, | | |
|целлюлозно-бумажная; | | |
|Топливная. | | |
|Промышленность |ИЭ =0.05 – 1.0 |Менее опасные |
|стройматериалов; | | |
|Пищевая промышленность; | | |
|Машиностроение и | | |
|металлообработка; | | |
|Лёгкая промышленность. | | |

Кроме того отличительной особенностью Российских промышленных предприятий являются устаревшие оборудование и технологический процесс. В связи с этим отрасль отличается большой отходностью, скудностью средств очистки и нейтрализации токсичных выбросов и сбросов, применением на производстве опасных химических веществ, наличием цехов, оказывающих вредное воздействие как на персонал, так и на окружающую среду. Кроме того, опасность представляют комплексные воздействия нескольких предприятий, размещенных на одной территории. Так крупные целлюлозно-бумажные комбинаты
(ЦБК) размещены недалеко от лесоразработок и деревообрабатывающих предприятий. Но если это можно объяснить удобством и последовательностью операций по переработке ценного сырья – леса и схожими загрязнителями среды то, как объяснить соседство ЦБК с крупными предприятиями цветной и чёрной металлургии, опасность смешивания отходов которых с отходами ЦБК окажет ещё более губительное воздействие на экологию региона, где они размещены.
Также негативную роль играет тот факт, что многие предприятия отрасли являются предприятиями-гигантами. Это означает большие объёмы выбросов и сбросов, а также огромные концентрации токсичных веществ в атмосфере и речных системах в районе работы предприятия. А крупные предприятия, обычно имеют в своей инфраструктуре, находящиеся в непосредственной близости, жилые поселения, где живёт многочисленный персонал предприятия.

Рассмотрим, какие токсичные вещества присутствуют в процессе производства продукции целлюлозно-бумажной отрасли.
Все токсичные вещества отрасли можно разделить на вещества загрязняющие атмосферу и вещества загрязняющие гидросферу и педосферу.
Кроме того, токсичные вещества подразделяются на вещества используемые при производстве и вещества возникающие в процессе производства.
То, какие вещества будут использоваться, либо появятся в процессе производства, зависит от технологического процесса и получаемого конечного продукта. Поэтому подробно остановимся на сульфат-целлюлозном производстве, как наиболее опасного с точки зрения экологии.

Выбросы в атмосферу в сульфат-целлюлозном производстве.

Основными источниками загрязнения атмосферы с сульфат-целлюлозном производстве являются: содорегенерационный, варочно-промывной, известерегенерационный и отбельный цеха, окислительная установка, цех приготовления отбельных растворов.
В зависимости от принятой схемы производства могут возникнуть дополнительные источники загрязнения из отделений цеха переработки побочных продуктов (очистки и дезодорации скипидара, получение одоранта сульфана; ректификации скипидара; разложения сульфатного мыла; ректификации таллового масла и др.).
Варочно-промывной цех. В этом цехе имеется несколько источников выбросов.
При периодическом методе варки с терпентинной сдувкой, вместе с паром удаляются; остаточный воздух из щепы, скипидар, сероводород, метилмеркаптан
(ММ), диметилсульфид (ДМС), диметилдисульфид (ДМДС). Парогазовая смесь терпентинной сдувки, от которой в щёлокоуловителях отделяются захваченные капельки щёлока, конденсируется в теплообменниках. Отсюда непрерывно удаляются несконденсировавшиеся газы, количество и состав которых зависит от вида вырабатываемой целлюлозы и связанного с этим расхода щёлочи на варку, а также от температуры воды, подаваемой на теплообменник.
При непрерывной варке целлюлозы, выдувочные пары направляются в систему пропаривания щепы, откуда избыток паров поступает в холодильник, аналогичный терпентинному конденсатору. Кроме этих источников загрязнения, есть ещё вентиляционные выбросы из-под колпаков вакуум-фильтров, вытяжки из выдувного резервуара (при холодной выдувке), бака слабых щёлоков, бака- пеносборника.
Выпарной цех. Главным источником выбросов в этом цехе является парогазовая смесь, которая удаляется вакуум-насосом из межтрубного пространства корпусов. Основной компонент, загрязняющий воздух, – сероводород. Кроме того, в выбросах содержится также метилмеркаптан и, в незначительных дозах, диметилсульфид, диметилдисульфид и метанол. Появление сероводорода и метилмеркаптана обусловлено изменением pH при упаривании и воздействием температуры и разрежения. Это приводит к разложению сульфида и меркаптида натрия и выделению этих кислых газов в паровое пространство.
Окислительная установка. Общее количество выбрасываемой ею газовоздушной смеси зависит от расхода воздуха на окисление, количества газов, подаваемых на установку, и типа окислительной установки.
Содорегенерационный цех. Дурнопахнущие компоненты в дымовых газах появляются в тех местах, где чёрный щёлок соприкасается с газами: в топке и в газоконтактном испарителе. Перегрузки содорегенерационных котлоагрегатов
(СРК), также способствую повышению количества выбросов дурнопахнущих компонентов с дымовыми газами. В дымовых газах СРК содержатся не только газообразные соединения, но и твёрдые частицы, составляющие пылевой унос.
Содержание пылевого уноса в дымовых газах СРК перед газоочистным аппаратом изменяется в зависимости от количества сульфата натрия, добавляемого к щёлоку перед сжиганием, от схемы СРК и аэродинамического режима его работы, а также от соотношения органической и минеральной частей сухого вещества чёрного щёлока и выхода целлюлозы из древесины.
Газоконтактный испаритель. Он предназначен для уплотнения чёрного щёлока 50
– 65 % сухих веществ. Щёлок, находясь в газоконтактном испарителе, поглощает из дымовых газов углекислый газ, сернистый и серный ангидриды, обуславливающие выделение сероводорода и метилмеркаптана вследствие понижения pH; выделению сероводорода при газоконтактной выпарке способствует также повышение концентрации остаточного сульфида натрия в чёрном щёлоке. Чем выше сульфидность белого щёлока, тем большее количество остаточного сульфида натрия и сероорганических соединений оказывается в чёрном щёлоке и тем загрязнённее дымовые газы.
Растворитель плава (РП). Плав, образующийся при сжигании чёрных щёлоков в
СРК и состоящий из карбоната и сульфида натрия с небольшой примесью невосстановленного сульфата натрия, поступает в растворитель. Здесь плав растворяется в щёлоке. При контакте щёлока с плавом выделяется значительное количество парогазовой смеси, которая удаляется из растворителя плава через вытяжные трубы и выбрасывается в атмосферу. Пылевой унос из растворителя плава на 90 % состоит из соды. В зелёном щёлоке содержится значительное количество сульфида и меркаптида натрия, что предопределяет содержание сероводорода в газовой фазе.
Известерегенерационные печи (ИРП). В печах при обжиге каустизационного шлама и природного известняка образуются дымовые газы. Основными компонентами дымовых газов являются пыль кальциевых солей (12 г/нм3), образующаяся в результате механического уноса газовым потоком, и сернистый ангидрид (0.86 г/нм3 сухого газа), образующегося при сжигании высокосернистого мазута, а также сероводород и другие серосодержащие газы.
Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты).

Одним из наиболее опасных с точки зрения охраны окружающей среды объектов сульфат-целлюлозного производства является содорегенерационный котлоагрегат и его технологический узел – бак-растворитель плава (РП СРК).
Из результатов обследования количества и состава парогазовых выбросов РП
СРК ведущих предприятий сульфат-целлюлозного производства следует, что расходы выбросов зависят от мощности котлоагрегата, высоты и диаметра вытяжной трубы, по которой они выводятся из бака растворителя в атмосферу, угла раскрытия шиберных устройств на этих трубах, состава слабого белого щёлока и уровня его в баке-растворителе, времени года и региона расположения производства.

Вредные вещества, попадающие в атмосферу на сульфат-целлюлозном производстве.

Таблица 4.
|Ингредиент |Источник выбросов |ПДК, мг/м3 |
|Пыль нетоксичная |Зола (сульфат и |0.5 |
| |карбонат натрия) СРК, | |
| |соли натрия из РП, пыль| |
| |(соли кальция) ИРП. | |
|Диоксид серы |СРК, ИРП |0.5 |
|Сероводород |Дымовые газы СРК, ИРП, |0.008 |
| |парогазы РП. | |
|Метилмеркаптан |Сульфат-целлюлозное |0.9*10-9 |
| |производство. | |
|Диметилсульфид | |0.08 |
|Диметилдисульфид | |0.7 |
|Метанол | |1.0 |
|Скипидар |Сульфат-целлюлозное |2.0 |
| |производство, | |
| |производство побочных | |
| |продуктов. | |
|Оксид углерода |Утилизационные котлы, |5.0 |
| |СРК, ИРП. | |
|Хлор |Цех отбелки |0.1 |
| |сульфат-целлюлозного | |
| |производства. | |
|Диоксид хлора | | |

Кроме того, режим работы, состав и количество выбросов из РП СРК зависят от:
- мгновенного выделения значительного количества парогазовой смеси, особенно при больших стоках плава;
- непрерывности и неравномерности подачи плава и белого щёлока в РП и отведения зелёного щёлока, что приводит к изменению свободного объёма над растворяющей жидкостью и влияет на количество подсосов воздуха.

Парогазовые выбросы из РП СРК согласно удельным отраслевым нормам состоят из:
- водяных паров 70…90 % (1.87 кг/нм3 сухого газа (с.г.));
- подсосов воздуха 5…25 %;
- пылевых частиц плава – до 1.9 % (19 г/нм3 с.г., 4500 г/т целлюлозы);
- сероводорода – 0.006 % (0.25 г/нм3 с.г., 56.5 г/т целлюлозы);
- сернистого ангидрида – 0.005 % (0.18 г/нм3 с.г., 40.3 г/т целлюлозы;

Пылевые частицы состоят в объёмных процентах из:
- карбоната натрия – 70 %;
- сульфида натрия – 23 %;
- сульфата натрия – 5 %;
- нерастворимых частиц (огарка) – 2 %.

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

Сбросы в гидросферу и педосферу в сульфат-целлюлозном производстве.

Основными источниками загрязнения гидросферы и педосферы в сульфат- целлюлозном производстве являются отбельный, варочный и кислотный цеха.
Варочный и кислотный цеха. В сток попадают органические соединения, образующиеся при варке, и остаточные химикаты. Так при выпуске 3 млн. т. в год целлюлозы образуется 3.5 млн. т. в год отработанных щёлоков в пересчёте на сухое вещество или около 7 млн. т. в год в пересчёте на 50 % концентрат.
Из них около 2 млн. т. в год можно утилизировать в виде спирта, кормовых дрожжей и технических лигносульфонатов. Остальные 70 – 75 % сухих веществ отработанных щёлоков сбрасывается в очистные сооружения или непосредственно в водоёмы.
Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты), а при делигнификации древесины содержащей фенольные фрагменты лигнин (содержание которого в древесине лиственных пород 20 – 30 %, в хвойных породах – до 50
%) взаимодействует с хлорными реагентами, образуя диоксины и фураны (или их предшественников), которые являются высокотоксичными экотоксикантами.

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

Самыми опасными и заслуживающими дальнейшего рассмотрения токсинами, безусловно, являются диоксины и фураны.
Диоксины – группа высокотоксичных экотоксикантов – полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД, I) и дибензофуранов (ПХДФ, II).

O