В последние годы в связи с длительными засушливыми периодами в летнее время на предприятии наблюдается дефицит воды для теплоэнергетических целей. В то же время проводимые в течение десятилетия измерения расходов воды в устье ручья Безымянный показали устойчивое снижение суммарных объемов сбрасываемых сточных вод по мере реализации природоохранных мероприятий на Комбинате. Эти обстоятельства обусловили возникновение планов по перехвату и очистке основного объема потока в устьевой части с последующим использованием в качестве технологической воды.

В настоящее время выполнен проект строительства в низовьях ручья общих очистных сооружений и направлении части очищенных вод в оборотный цикл предприятия. Предлагается схема: «Решетки, приемный резервуар, механическая очистка на дисковых фильтрах, напорные фильтры сорбционные фильтры с загрузкой цеолитовой АС». Данная схема позволяет производить очистку всего потока сточных вод (730 м³/час) от основных загрязнений превышающих нормы ПДК: прозрачность, взвешенные вещества, рН, металлы, нефтепродукты. Достичь требований по возврату в производство по солям жесткости, щелочности, сульфатам и хлоридам невозможно (см. таблицу). Требуется стандартная предподготовка воды на уже существующих осветлителях и механических фильтрах перед подачей воды на катионитовые фильтры. Строительство таких очистных сооружений было признано экономически не целесообразным.

Проведенный нами анализ ситуации показал, что основным источником загрязнения по щелочности и солям жесткости являются стоки после промывки фильтров химводоочистки (ХВО) теплосилового цеха (ТСЦ). Количество этих стоков составляет 15 % от общего расхода сточных вод выпуска № 6 в ручей Безымянный.

Таблица – Основные показатели сточной воды ХВО ТСЦ Комбината Магнезит

Проведенный финансовый анализ современного состояния Комбината Магнезит выделил следующую наиболее важную и острую проблему – крайне высокий уровень износа оборудования, который колеблется от 50 до 80 %.

С целью сокращения эксплуатационных затрат, связанных с высоким потреблением энергетических ресурсов, минимизации негативного воздействия на окружающую среду и рационального использования природных ресурсов, направленных на улучшение показателей финансово-экономического положения и повышения конкурентоспособности предприятия, в первую очередь необходимо осуществить реконструкцию химводоочистки теплосилового цеха Комбината.

В настоящее время водоснабжение ХВО ТСЦ осуществляется от реки Большая Сатка и Саткинского водохранилища. Обработанная  химочищенная вода подается  на паровые котлы-утилизаторы, системы испарительного охлаждения давлением 1,3 – 3,9 МПа и на подпитку теплосети. Общая производительность существующих ХВО – 200 м³/ч. Технология существующей водоподготовки:

ХВО подпитки теплосети: «Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрация на механических фильтрах, одноступенчатое натрий-катионирование на параллельноточных фильтрах, деаэрация»;

ХВО подпитки котлов: «Известкование с коагуляцией в осветлителях, фильтрация на механических фильтрах, двухступенчатое натрий-катионирование на параллельноточных фильтрах, деаэрация».

В предлагаемом нами варианте реконструкции основное внимание уделено снижению стоимости водоподготовки и внедрению передовой технологии обработки воды АПКОРЕ (UPCORE). Технология АПКОРЕ (с англ.: UP.CO.RE. – UРflow Ourtercurrent RЕgeneration – противоточная регенерация восходящим потоком) фирмы Dow Chemical [1, 2].

Предложены два варианта реконструкции предподготовки воды перед Na-катионированием. Первый вариант: оборудование осветлителей тонкослойными модулями и устройствами рециркуляции шлама, замена однослойной загрузки механических фильтров на двухслойную (кварцевый песок – антрацит) и нижней распределительной системы фильтров. Второй вариант: замена осветлителей и механических фильтров на установку ультрафильтрации. Это позволит не только улучшить предподготовку, но и использовать в случае необходимости в качестве резервного источника руч. Безымянный.

Для сравнения показателей прямоточной и противоточной схем были произведены расчеты с использованием программы Cadix 6.2.0 (Dow Chemical), широко применяемой как в учебных [3], так и в производственных целях. В качестве расчетного источника водоснабжения было выбрано Саткинское водохранилище. Для загрузки фильтров выбрали катионит Dowex Marathon C, инерт IF-62. Расчеты показали следующие преимущества, получаемые от использования противоточной технологии регенерации UPCORE по сравнению с двухступенчатой прямоточной технологией. Во-первых, потребление NaCI на регенерацию при использовании технологии UPCORE 146 % от стехиометрического, при использовании прямоточной технологии – 187 %. Во-вторых, максимальное количество сточных вод при параллельноточной регенерации составляет 4,6 м³ (CaCl₂ –  мг/дм³, NaCl –  мг/дм³, MgCl₂ –  мг/дм³), при UPCORE – 2,6 м³ (CaCl₂ – 7 865 мг/дм³, NaCl – 8 127 мг/дм³, MgCl₂ – 7 673 мг/дм³).

Годовые фактические эксплуатационные расходы цеха до реконструкции составляют 6674,3 тыс. руб. Сумма капитальных затрат на реконструкцию цеха составляет 2478028,4 руб.

В результате реализации проекта планируется привлечь дополнительный персонал и переквалифицировать старый. В новом цехе будет применена автоматическая система блокировки и сигнализации насосов и баков; автоматическое регулирование производительности ХВО; дозирование реагентов в осветлители. Это позволит снизить количество рабочих мест в цехе.

К эксплуатационным расходам цеха химводоочистки относятся расходы по эксплуатации, текущему ремонту и амортизации всех устройств и аппаратов приготовления и подачи в систему питания котлов химически очищенной воды, заработная плата персонала, обслуживающего химводоочистку, а также стоимость покупной воды и от собственного водоснабжения, учитываемого в составе вспомогательного производства, стоимость химреагентов и др. материалов.

В результате проведенной реконструкции происходит:

• уменьшение затрат на химические реагенты – 55 %;
• уменьшение объёма стоков – 50 %;
• 50 %-ая экономия воды на собственные нужды;
• уменьшение затрат на электрическую энергию.

Эксплуатационные затраты после проведения реконструкции составят 4326,4 тыс. руб.

Внедрение мероприятий по реконструкции не связано со снижением себестоимости продукции, поэтому годовой экономический эффект выражается в виде суммы годовой экономии, который составляет 2347,94 тыс. руб. Инвестиции в реконструкцию цеха ХВО окупятся в течение 1 года 1 месяца. Рентабельность составляет 94 %, что говорит о том, что инвестиции в реконструкцию химводоочистки теплосилового цеха ОАО «Комбинат Магнезит» рентабельны.

Введение стандарта Евро, как самого первого, так и всех последующих, включая Евро-5, предусматривает производство и использование в стране соответствующего этому европейскому нормативу топлива. В настоящее время выпуск качественного бензина, соответствующего европейскому уровню, в России отстает от темпов перехода на новые требования к автомобильной технике [3, с. 30].

Если в РФ с 2010 года действует стандарт Евро-4 по отношению к легковому автопарку, то о массовом выпуске бензина Евро-3 нефтеперерабатывающие компании начали писать только в конце 2010 года, т.к. с 2011 года в России запрещен выпуск бензина ниже Евро-3. Бензин Евро-4 повсеместно в РФ планируется начать выпускать только с 2012 года. А Евро-5 (по действующему законодательству) – с 2015 года. Именно с этого года заправиться можно будет только бензином Евро-5 или более высокого стандарта.

Для перехода на выпуск автомобильного топлива, соответствующего высоким европейским и отечественным стандартам, необходимо наращивать выпуск высокооктановых компонентов бензина с низким содержанием ароматических углеводородов и поэтапно переходить на производство всего объема моторных топлив согласно требованиям технического регламента и в сроки, предусмотренные Законодательством РФ [4, с. 8].

В предыдущих работах [5, с. 228] авторами было показано, что в городе Челябинске проблема загрязнения воздуха выбросами автотранспорта стоит достаточно остро. Поскольку как показано ранее качество топлива определяет характер выбросов автотранспорта. Нами были проведены лабораторные исследования соответствия используемого на территории города топлива требованиям стандартов РФ.

Экспериментальная часть

Для проведения сопоставительного анализа качества топлива на соответствие стандартам аккредитованной лаборатории были предоставлены пробы с автозаправочных станций г. Челябинска, полученные в промежуток времени с 21.06 по 7.072011 г. Исследования проводили по стандартным методикам [6–8].

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования бензинового топлива

На исследование приняты пробы нефтепродуктов, заявленных как бензин автомобильный Регуляр Евро-95.

Полученные результаты исследований приведены в таблице 1 в сравнении с техническими требованиями названного стандарта, предъявляемыми к автомобильному неэтилированному бензину марки Регуляр Евро-95 вид I, класс С.

Таблица 1 – Данные анализа бензинов марки Регуляр Евро-95

По результатам сопоставления требований ГОСТ Р 51866-2002 две из трех выбранных для исследования пробы не соответствуют нормам по октановому числу и объемной доле бензола, установленным техническими требованиями для бензина автомобильного неэтилированного марки Регуляр Евро-95 вид I, класс С. по октановому числу;

В таблице 2 приведены, полученные результаты исследований в сравнении с техническими требованиями названного стандарта, предъявляемыми к автомобильному неэтилированному бензину марки Регуляр Евро-92 вид I, класс В.

Таблица 2 – Данные анализа бензинов марки Регуляр Евро-92

По результатам сопоставления требований ГОСТ Р 51866-2002 две из трех выбранных для исследования пробы не соответствуют нормам, установленным техническими требованиями для бензина автомобильного неэтилированного марки Регуляр Евро-95 вид I. Одна из проб не соответствует по концентрации серы, а вторая не соответствует по плотности. 

Результаты исследования дизельного топлива

На исследование приняты пробы нефтепродуктов, заявленных какТопливо дизельное ЕВРО сорт В, вид I.

Полученные результаты исследований приведены в таблице 3 в сравнении с техническими требованиями названного стандарта, предъявляемыми к Топливу дизельному Евро сорт В, вид I.

Таблица 3 –Данные анализа дизельных топлив Евросорт В, вид I

По результатам сопоставления требований ГОСТ Р 52368-2005 (ЕН 590:2009) и данных анализа наглядно видно, что одна из трех выбранных для исследования проб не соответствуют нормам, установленным техническими требованиями на топливо дизельное Евро сорт В, вид I по цетановому числу, а так же зольность превышает нормативный показатель.

Обсуждение результатов испытания качества топлива

По результатам сопоставительных таблиц выявлено 65 % проб, не соответствующих требованиям государственных стандартов.

Рассмотрим, на что может повлиять данное несоответствие проб заявленным требованиям ГОСТ.

1. Проба бензина неэтилированного Регуляр Евро-95 вид I, класс С АЗС не соответствует по октановому числу. Октановое число – это главный показатель качества бензина: чтобы сгорать в цилиндрах автомобиля «правильно», у него должно быть нужное октановое число, от которого и зависит цена и качество топлива.

Двигатель на бензине с более высоким октановым числом может развить большую мощность. Октановое число характеризует стойкость топлива к детонации, то есть самовоспламенению при сжатии.

Октановое число исследуемой пробы ниже показателя по ГОСТу, следствием чего является его завышенная стоимость и не оправданность качества для потребителей.

1. Проба бензина неэтилированного Регуляр Евро-95 вид I, класс С не соответствует заявленным требованиям по объемной доле бензола. Именно в результате его сгорания образуются углеводороды, которые наносят вред окружающей среде. Повышение его объемной доли может свидетельствовать о наличии в бензине присадок (с их помощью производители топлива «наращивают» октановое число). Кроме того, в камере сгорания образуется трудноудаляемый нагар, а при низкой температуре бензол кристаллизуется и могут возникнуть проблемы с холодным пуском двигателя.
2. Проба бензина неэтилированного Регуляр Евро-92 вид I, класс В не соответствует по концентрации серы, что сразу же может сказаться на работе двигателя. За счет серы на нем образуется нагар и не действует система нейтрализации отработавших газов.
3. Проба бензина неэтилированного Регуляр Евро-92 вид I, класс В не соответствует по плотности, что может привести к ухудшению работы карбюраторной системы, в связи с не сопоставлением ее параметров и качества используемого топлива.

5. Проба ДТ ЕВРО сорт В, вид I не соответствует по двум показателям:

а) цетановому числу, оно ниже положенного. Это может привести к запозданию самовоспламенения топлива, следствием чего является жесткая работа двигателя и резкое увеличение износа двигателя;

б) зольности (количественное содержание золы превышено), что содействует образованию нагара, а, попадая в масло, вызывает ускоренную изнашиваемость всей системы сгорания топлива.

Выводы

По результатам исследований выявлено 65 % проб, не соответствующих требованиям государственных стандартов. Это сказывается не только на работе двигателя автомобиля, но и снижает экологическую безопасность топлива.