Проблемы экологии северных мегаполисов
В отличие от малых городов, экология которых во многом определяется состоянием всего региона, большой город представляет собой в значительной степени изолированную систему со своими специфическими закономерностями. Экологические проблемы мегаполиса существенно усложняются при его расположении в северных широтах. Почти полгода территория города покрыта снегом. Регулярно проводимые исследования загрязнения снежного покрова позволяют оценить суммарное количество загрязнений, выпадающих на территорию города, а внедрение современных технологий удаления и таяния снега позволяет существенно снизить количество потенциальных загрязнителей почвы города.
Одной из важнейших задач городского хозяйства северного мегаполиса является уборка снега с городских магистралей и улиц в зимний период. Значительное влияние загрязненности убираемого с дорог снега на экологическую обстановку в городе связано с огромными площадями, которые заняты дорогами. Загрязнение их нефтепродуктами вызывается интенсивным движением транспорта и морозным выветриванием асфальтовых покрытий.
Факторы, которые учитываются при решении проблемы утилизации снежной массы: • Экономические факторы К ним относится стоимость перевозки снега, практически, определяющая способы его утилизации. Увеличение плеча перевозки снега на 10 километров по стоимости сравнимо с затратами на топливо, требующееся для плавления такого же количества снега. Кроме того, перевозка снега автотранспортом представляет собой дополнительную экологическую нагрузку на воздушную среду города. Поэтому желательно иметь сеть утилизирующих снег сооружений, относительно равномерно распределенных по территории города. • Экологические факторы, влияющие на решение проблемы утилизации вывозимого снега. Заключаются в необходимости ликвидировать воздействие имеющихся в снеге загрязнений на окружающую среду и, в первую очередь, на почву городов.
Для достижения высокой технико-экономической эффективности решения проблем, связанных с защитой окружающей среды, требуется оптимизация процессов использования противогололедных реагентов как по технологии их применения, так и по подбору их необходимой номенклатуры. В общей сложности доля затрат на борьбу с зимней скользкостью составляет, в настоящее время, около 40% общих затрат на зимнее содержание дорог.
Виды противогололедных реагентов *) ПСС - пескосоляная смесь. **) ПГС - песчано-гравийная смесь
Основное действие противогололедного реагента при его внесении непосредственно на заснеженное или заледенелое дорожное покрытие состоит в обеспечении плавления льда или снега и снижения точки замерзания водной среды. Это изменение агрегатного состояния сопровождается потреблением энергии, что вызывает понижение температуры обрабатываемой среды и поверхности покрытия дороги. Профилактическая (предварительная) обработка дорожного покрытия заключается в разбрасывании продукта на пленку льда или слой снега, оставшегося на дороге после прохода снегоуборочной машины. Эффективность действия противогололедного реагента во многом зависит от того, в каком агрегатном состоянии он находится.
Химические методы борьбы с зимней скользкостью Для предотвращения образования тонкой ледяной корки и инея, наилучшим является метод применения соли в жидком виде. Соляные растворы приготавливаются из Na. Cl (с концентрацией в пределах 23 -25%) и Ca. Cl 2 (с концентрацией в пределах 30 -32%). При этом надо иметь в виду, что толстый слой льда или снега не может полностью растаять под действием соляного раствора, так как образующаяся вода будет снижать концентрацию соляного раствора. Коэффициенты сцепления на разных дорожных покрытиях при обработке хлоридами Покрытие Сухое Обработанное 25%ным раствором Na. Cl Обработанное 29%ным раствором Mg. Cl 2 Обработанное 32%ным раствором Ca. Cl 2 Коэффициент сцепления крупно мелко шероховатого 0, 56 0, 62 0, 43 0, 41 гладкого 0, 68 0, 30 0, 37 0, 36 0, 20 0, 36 0, 34 0, 18
В ряде случаев можно применять смесь твердого расплавляющего вещества (в основном Na. Cl) с увлажненным насыщенным раствором Na. Cl, Ca. Cl 2 или Mg. Cl 2. Такого рода «смешанная» обработка противогололедных реагентов «жидкость – твердые частицы» сочетает преимущества обоих технических способов. Нормы расхода жидких и твердых хлоридов при разной температуре воздуха Реагент Температура, ⁰С Норма, г/м 2 % раствора, образующийся на покрытии Na. Cl твердый - 5 - 10 - 15 20 40 70 8 14 18 Na. Cl жидкий - 5 - 10 любая 120*/40** 200 -300 10*/32** 15*/32** песок + соль Наиболее популярным для очистки дорожных покрытий от льда является каменная соль (Na. Cl) – она достаточно эффективна и удобна в использовании, но вызывает коррозию автомобилей и дорожных конструкций, приносит вред окружающей среде и здоровью людей вследствие увеличения концентрации хлоридов в питьевой воде.
Химические реагенты, используемые в практике борьбы с зимней скользкостью Реагент, размер Na. Cl Частицы от 1, 2 до 475 мм Ca. Cl 2 Состав Возможные минеральные добавки и природные материалы Сухая техническая поваренная соль (отходы Na. H 2 PO 4 · 2 H 2 O; пищевой промышленности); каменная соль Na. HPO 4 · 12 H 2 O; Ca(H 2 PO 4)2; естественного происхождения Ca(H 2 PO 4)2 + P 2 O 5; Na(PO 3)6; феррицианид Na; бишофит; сильвинит; карналлит; каинит; зубер (58, 5%ный галит); фрикционные добавочные материалы: песок, гравий, шлак - кристаллический чешуированный, крупностью не более 5 мм (67% Ca. Cl 2); - чешуированный с добавлением фосфатов (5 -7% суперфосфата по массе); - жидкий (32 -37% - ный Ca. Cl 2) 88: 12 Искусственная смесь Na. Cl: Ca. Cl 2 Соль сильвинитовых отвалов, частицы от 4 до Сухой отход производства калийных удобрений: 10 мм Na. Cl – 90 -95% KCl – 2 -3% Ca. SO 4 – 0, 5 -2, 0% Mg. Cl 2 – 0, 5 – 1, 0% минеральных примесей – 5 -10% Карноллит Песок + противогололедная соль Опилки + противогололедная соль Молотый металлургический шлак + противогололедная соль Ca. Cl 2 как составная часть асфальтобетона (диаметр зерен 0, 1– 0, 5 мм) KCl + Mg. Cl 2 1: 1 2: 1 1: 1 Mg. Cl 2 жидкий Рассолы естественные или искусственные 4, 0 -6, 0% по весу 150 -300 г/л + Ca. Cl 2 (10 -12% по объему) 4, 0 -6, 0% по весу Альтернативные химические соединения: карбамид; гликолиевые соединения; метиловый спирт; известь; полипропиленгликоль; отходы целлюлозы; переработанные в соли уксусных кислот; фтористый водород
жидкий хлористый кальций модифицированный (ХКМ) В настоящее время среди применяемых хлоридных реагентов предпочтительным является жидкий хлористый кальций модифицированный (ХКМ) или твердый хлористый кальций модифицированный (ХКФ), они содержат меньшую долю хлорида. Катион кальция и модификатор обладают ингибирующими свойствами. ХКМ и ХКФ рекомендуются в качестве основных реагентов для большинства автомагистралей города. Для ограниченного использования на ряде магистралей возможно использование дополнительных реагентов: Нордикс, Антиснег, Бишофит. Ориентировочный экологически приемлемый валовый выброс хлора составляет 30 тыс. тонн/год, без учета компенсирующего действия модификатора, фосфатов и калия. Таким образом, переход на ХКМ (ХКФ) является первым этапом обеспечения приемлемого уровня выброса хлор-иона. В России нормы распределения противогололедных материалов регламентированы «Инструкцией по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах» твердый хлористый кальций модифицированный (ХКФ)
Передовые зарубежные страны имеют весьма значительный опыт снегоуборки и противогололедной обработки дорожных покрытий, обеспечивающий минимизацию экологических последствий использования реагентных средств на дорогах. Это достигается оптимальным выбором номенклатуры применяемых реагентов, средств транспортировки и дозирования реагентов в зависимости от разнообразных климатических условий. В то же время необходимо учитывать, что объемы убираемой и, особенно, утилизируемой снежной массы в странах зарубежья существенно уступают объемам снежных масс, имеющим место в Московском мегаполисе.
Нормы расхода сухой соли и солевых растворов в различных странах Погодные условия Мороз, легкий снег Мороз, капли дождя Ожидаемый снегопад Во время снегопада Упреждающая обработка Тонкий лед, снег Упреждающая обработка Изморозь Снегопад, каждые 10 минут Упреждающая обработка Ожидаемый снегопад Упреждающая обработка Сырой снег Во время снегопада Сухая соль, г/м 2 Великобритания 10 20 -40 10 -40 Италия 5 -10 20 -25 Финляндия 2, 5 9, 14 6 Швеция 2, 5 -5 12, 5 -15 Германия 7, 5 -10 Голландия 5, 5 11 -15 15 -20 Рассол, г/м 2 18 -37 74 -92 10 40 -60 25 10 -20 40 -60 33 -44 7 15 -20
Загрязненность убираемого с дорог снега Снег, отобранный на снегосвалках, содержит большое количество взвешенных веществ, биологически трудно окисляемых органических соединений, солей жесткости. Содержание хлоридов превышает ПДК в 9 -20 раз, сульфатов – в 10 раз. Концентрация токсичных металлов (железа, марганца, лития, цинка, меди молибдена, кобальта, кадмия) превышала ПДК от 1, 5 до 73 раз. Содержание нефтепродуктов и фенолов превышало ПДК соответственно от 40 до 190 и от 1, 5 до 5 раз. Значительное превышение ПДК по натрию и хлоридам, а также значительный диапазон их колебаний, в первую очередь, обуславливается применением противогололедных средств на базе хлор-натриевых соединений. Средние значения характерных загрязняющих веществ в снеге Вещества Взвешенные вещества БПК 5 Аммоний Хлориды Натрий Калий Железо Марганец Цинк Свинец Нефтепродукты Размерность мг/л мг/л мг/л Показатели 159 -952 4, 46 -10, 37 0, 90 -11, 82 2125 -5980 2071 -5894 27, 2 -130, 9 0, 870 -2, 759 0, 214 -0, 906 0, 037 -0, 119 24, 7 – 45, 73 3, 12 -57, 20
Технологии утилизации снега С экологи чес процесса з кой точки зрения все элеме имней уб нты орки маг взаимосв истралей язаны и д города олжны ра единая си ссматрив стема. Уч ать итывая д вывозимо анные о к ся как го с маги ачестве стралей г представи орода сне ть себе по га, легко следствия утилизац таких сп ии снежн особов ой массы Технолог. ии утили зации сне прежде вс га опреде его, спосо ляются, бом таяни естествен я снега – ным, в пе риод отте принудит пелей и в ельным – есн за счет и энергии р спользова ой, или азличных ния теплонос - теплых в ителей: од городс кой канал - сбросны изации; х вод ТЭЦ ; - различн ых видов топлива В последние годы ГУП «Мосводокнала. НИИпроект» была разработана генеральная схема удаления снега в г. Москве, основной задачей которой было закрытие речных и необорудованных «сухих» снегосвалок и разработка других способов утилизации вывозимого снега.
Размещение снегоприемных пунктов в соответствии с Генеральной схемой снегоудаления на территории г. Москвы
Сухие снегосвалки Оценка качества воды, образующейся при таянии снега на «сухих» снегосвалках, показала, что прием талых водоотводящей сетью города может осуществляться только после их предварительной очистки. «Сухие» снегосвалки на территории города должны размещаться в промышленных и коммунально-складских зонах вблизи канализации и сетей водостока. Снегосвалки не должны располагаться в водоохранных зонах водных объектов города. Участок, отведенный под «сухую» снегосвалку, должен иметь: водонепроницаемое дно; обваловку по всему периметру, исключающую попадание талых вод на рельеф; систему очистки талой воды; покрытие, допускающее движение транспорта; ограждение по всему периметру; контрольно-пропускной пункт, оборудованный телефонной связью для оперативного информирования Управления полиции по предупреждению экологических правонарушений о фактах ввоза загрязненного снега. Принятые конструктивные решения позволяют использовать площадку «сухой» снегосвалки в летнее-осенний период под автостоянку. При этом дождевой сток будет очищаться на тех же очистных сооружениях и сбрасываться в городскую канализацию, что и очищенная талая вода.
Технологическая схема «сухой» снегосвалки
Снегосплавные пункты на коллекторах канализации Конструкция снегосплавного пункта, обеспечивающая надежную очистку талого снега до показателей, удовлетворяющих требованиям приема в канализацию, предусматривает устройство совмещенных в одно сооружение снегосплавной камеры и песколовки, обеспечивающих полное таяние снега и осаждение 95% взвесей. Оседающий мусор удаляется вместе с осадком. Гранулометрический состав взвесей в растаявшем снеге Размер >7 фракции, мм Содержа 9, 66 ние, % 7 -5 3 -5 1 -3 0, 5 -1 0, 25 -0, 5 <0, 25 1, 68 2, 37 27, 35 6, 64 30, 22 19, 21 Экспериментально установлено, что фракции d > 0, 25, составляющие 80% всего состава взвешенных веществ, оседают при средней скорости воды в сооружении < 13 мм/с. Таким образом, при проектировании снегосплавного пункта необходимо предусмотреть как организацию интенсивного снегоплавления, так и систему очистки талой воды от грубодисперсных примесей, крупного песка и плавающего мусора.
Технологическая схема с использованием снегосплавной установки на канализационном коллекторе
Технологическая схема снегосплавного пункта на сети водостока
Снегосплавной пункт, оборудованный молотковой дробилкой Особое внимание было уделено усовершенствованию системы загрузки снега в снегосплавную камеру. Взамен использования бульдозера, проталкивающего снег через решетку, начато применение молотковых дробилок. Данные устройства обеспечивают механическую загрузку снега непосредственно в снегосплавную камеру, измельчая пи этом сливаемый снег и содержащиеся в нем грубодисперсные примеси до крупности не более 50 мм. Дробление загружаемого в снегосплавную камеру снега обеспечивает более благоприятные условия для его последующего плавления сточной водой и повышает производительность снегосплавного пункта. В снегосплавных пунктах, оборудованных молотковыми дробилками, задерживается до 95% загрязнений. Потребление энергии при этом не превышает 250 к. Вт/час. Для обслуживания станции требуется персонал из пяти человек.
Снегосплавные пункты на базе тепловых сетей Создаются также мощности снеготаяния, базирующиеся на использовании энергии городской теплосети. На каждый миллион м 3 годовой мощности снеготаяния требуется около 15 ГКал в час тепловой энергии. Этим количеством тепла может отапливаться 200 000 м 2 жилья, поэтому использование для целей снеготаяния городской тепловой сети возможно только там, где у этой сети имеются свободные мощности
Снегосплавные пункты на сбросных водах ТЭЦ Устройство снегосплавных пунктов на сбросных водах ТЭЦ аналогично устройству снегоплавных пунктов на сетях канализации, но связано со следующими особенностями: 1. Вода после снегосплавных пунктов сбрасывается непосредственно в водоотводящую сеть или в водные объекты, в связи с этим степень ее очистки должна быть более высокой и соответствовать предъявляемым требованиям; 2. Температура сбросных вод значительно колеблется для разных ТЭЦ и в некоторых случаях может быть невысокой (до 10 °С); 3. Применяемая для плавления снега вода ТЭЦ является достаточно чистой и в некоторых случаях может использоваться для разбавления загрязнений талого снега с целью снижения их концентрации до допустимого уровня. Конструкция снегосплавного пункта принята аналогично той, которая разработана для канализации. Однако при этом требуется более высокая степень очистки, которая достигается за счет дополнительного извлечения из смеси теплой воды и талого снега нефтепродуктов и тонких взвесей путем устройства маслоловушек и прудов-отстойников. Для реализации возможности разбавления талого снега дополнительным расходом относительно чистой воды от сбросов ТЭЦ за отстойником устраивается смесительная камера.
Технологическая схема снегосплавного пункта на сбросных водах ТЭЦ
Снегосплавные пункты на топливе К достоинствам предлагаемых снегосплавных пунктов относятся: автономность (не требуют наличия крупных коммуникаций) и небольшой размер занимаемого участка. Его сооружение эффективно в местах, где отсутствуют источники тепла (крупные канализационные коллекторы, сбросные воды ТЭЦ). На этом пункте принят метод утилизации снега за счет контакта его с горячей водой, нагретой в теплообменнике. Для нагрева рабочей воды в теплообменник подается насыщенный пар, генерация которого осуществляется в трехмодульной котельной установке ПКУ-1, 6/4 (максимальная тепловая мощность одного модуля 1050 к. Вт), работающей на дизельном топливе. Опыт эксплуатации подтверждает возможность замены дизельного топлива на сжиженный газ, что целесообразно при расположении установки на территории автотранспортных предприятий, использующих сжиженный газ в качестве автомобильного топлива
Технологическая схема снегосплавного пункта на дизельном топливе 1. Мобильная котельная установка 2. Топливный бак 3. Теплообменник 4. Камера плавления снега 5. Песколовка 6. Циркуляционный насос 7. Площадка обезвоживания осадка и мусора
Схема снегосплавных пунктов на базе погружных горелок 1. Бак топливный 2. Турбокомпрессор воздушный 3. Воздуховод всасывания 4. Воздуховод нагнетания 5. Топливопровод 6. Газопровод 7. Насос циркуляционный 8. Горелки 9. Решетка 10. Трубопровод для слива талой воды 11. Очистные сооружения 12. Поддон для осадка 13. Камера таяния 14. Баллоны с газом 15. Топливный насос Принцип действия этой снеготаялки следующий: Привозимый грузовиками снег поступает в камеру таяния, наполненную талой водой. Погружные горелки обеспечивают сжигание топлива ниже уровня воды, а продукты сгорания пробулькивают» « через столб талой воды (эффект «холодного» кипения). Происходит конденсация паров, образующихся при сгорании, и увеличивается теплоотдача. КПД устройства достигает 98%. Для розжига дизельного топлива используется сжиженный газ в баллонах.
Мобильные снегосплавные пункты Для обеспечения своевременной утилизации снежной массы в городе, при обильных снегопадах в зимний сезон были созданы мобильные снегосплавные установки. Составной частью установки являются теплогенерирующий агрегат (газовая или дизельная горелка), расположенный в отдельном корпусе; емкость для загрузки снега; зона фильтрации и слива талой воды.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Скачать презентацию Проблемы экологии северных мегаполисов В отличие от
лекция В.Г. Систера.pptx