Загрязнение окружающей среды предприятиями металлургической отрасли

В мире потребляются миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, атмосферного кислорода, а в готовый продукт переходит около 1% затраченных природных ресурсов.

При этом ежегодно в атмосферу выбрасывается ок. 1 млрд. тн аэрозолей и газов (в т.ч. СО, SO₂, NO, NO₂), приблизительно столько же сажи; в водоемы поступает больше 500 млрд. тн промышленных и бытовых стоков.

Отходы и выбросы истощают запасы невозобновляемых природных ресурсов и оказывают вредное, а порой и смертельное влияние на окружающую среду и на условия жизни человека.

Наиболее серьезное влияние на ОС оказывает металлургия, в частности черная. Металлургия является энерго- и ресурсоемкой отраслью. При ежегодном потреблении нескольких тысяч тонн минеральных ресурсов в конечную продукцию переходит не более 30%, остальное же количество образуют отходы производства. Так, металлургический завод полного цикла с производительностью 10 млн. тн стали в год, до введения строгого контроля выбрасывал ежегодно в атмосферу больше 200 тыс. тн пыли, 50 тыс. тн соединений серы, 250 тыс. тн оксида углерода, оксидов азота и др. веществ. Концентрация пыли в выбросах достигала 50-120 кг/т получаемой стали. В усовершенствованных металлургических процессах эти выбросы снижаются до 10 кг/т стали.

Газообразные выбросы металлургических заводов составляют около 2500 м³/т стали. Источником сернистых соединений, выбрасываемых в атмосферу, являются, главным образом, кокс (40-60%) и руда (5-30%). Со шлаками из металлургических агрегатов удаляется 45-55% серы, а в стальные изделия переходит до 6% серы, остальное количество серы выбрасывается в атмосферу. Главным источником выброса SO₂ является агломерирование (45-55% от общих выбросов SO₂). Значительное количество SO₂ или H₂S выбрасывается в атмосферу во время остывания и переработки шлака (10-35%). Остальное количество SO₂ поступает в окружающую среду из труб котельных установок, сталелитейных и прокатных цехов.

Цианистый водород HCN присутствует, главным образом, в доменном газе. Концентрация его при производстве передельного чугуна составляет 200-400, при производстве зеркального чугуна 300-400 и при производстве ферромарганца 1500-3500 мг/м³. Выбросы цианистого водорода агрегатами коксового завода могут достигать 0,5 кг/т кокса.

Окислы азота образуются в доменных, мартеновских и нагревательных печах, в печах коксохимического производства и в паровых котлах. В доменных печах источником выброса окислов азота являются доменные воздухонагреватели, в уходящих газах которых содержание NО_x составляет (1,7÷6,6)*10^-4 %. Концентрация окислов азота в вертикальных каналах мартеновских печей при отоплении без интенсификаторов составляет в среднем 0,03%; при подаче кислорода она возрастает до 0,1% и в ряде случаев достигает 0,25%. Среднее количество выбросов окислов азота составляет 2,5 кг/т стали.

Содержание азота в уходящих газах металлургических газоиспользующих агрегатов различных производств приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Содержание окислов азота в уходящих газах

Окись углерода образуется в основном в агломерационных, коксохимических и доменных цехах, т.е. в технологических циклах, не являющихся основными потребителями газового топлива. Содержание СО в мартеновских печах с кислородной продувкой составляет 0,53 кг/т стали, а в уходящих газах печей прокатного производства невелико и при отработанном режиме работы не превышает 0,1%.

После предприятий ТЭК металлургия занимает второе место среди отраслей промышленности по степени ущерба, наносимого ОС.

Черная металлургия включает предприятия, основная деятельность которых состоит в наполнении внутреннего рынка РФ. Кроме того, отрасль играет заметную роль на внешнем рынке страны. Наиболее крупные предприятия отрасли расположены в городах Липецкой, Свердловской, Челябинской областей, Красноярского края и ряде др. регионов.

За последнее десятилетие наблюдается заметное снижение производства основных видов продукции отрасли. Тем не менее, степень вредности влияния на ОС все еще высока.

Наиболее сильное воздействие черная металлургия оказывает на атмосферный воздух и поверхностные воды, а также на уровень загрязненности подземных вод и почв.

Основные источники атмосферных выбросов в черной металлургии:

В агломерационном производстве – агломерационные машины, машины для обжига окатышей;

При производстве чугуна и стали – доменные, мартеновские и сталеплавильные печи, установки непрерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи;

Дробильно-размольное оборудование, места разгрузки-погрузки и пересыпки материалов.

В городах, где расположены крупные предприятия отрасли, отмечаются высокие уровни загрязнения воздуха несколькими примесями, в т.ч. высокого класса опасности. Максимальные концентрации примесей достигали 10-155 ПДК. Например, в Магнитогорске – этилбензола и диоксида азота NO₂; в Новокузнецке - NO₂. Снижение выбросов в последние годы происходит в основном за счет снижения объемов производства, а не за счет осуществления природоохранных мероприятий.

На долю черной металлургии приходится 1/7 всех атмосферных выбросов от промышленных стационарных источников. Особенно существенна доля 6-ти валентного хрома (2/3 промышленного объема его выброса).

В настоящее время на долю черной металлургии приходится всего 3% объема промышленно используемой свежей воды и сброса сточных вод в поверхностные водоемы (общее водопотребление в черной металлургии составляет 1689,6 млн. м³/год). По объему сброса загрязненных стоков вклад отрасли оценивается на уровне 1/14 общего объема сброса сточных вод этой категории в целом по промышленности РФ. Тем не менее, ежегодно сбрасывается около 1 млн. м³ сточных вод, 85% из них - загрязненные.

Вместе со сточными водами сбрасываются значительные количества загрязняющих веществ, в т.ч. взвешенные частицы, сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелых металлов и т.п.

По данным аэрокосмической съемки снежного покрова, зона действия предприятий черной металлургии просматривается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения.

В общем случае источник загрязнения природной среды можно классифицировать по:

-происхождению

а)искусственные – антропогенные (удельный вес 90%),

б)естественные;

-месту поступления

а)континентальные,

б)морские,

в)атмосферные;

-временному признаку

а)постоянные,

б)эпизодические,

в)разовые,

г)случайные;

-пространственно-временному признаку

а)фиксированные,

б)нефиксированные.

В рамках рассмотренной классификации могут быть исследованы любые регионально-экологические системы типа «человек – промышленный объект – природа».

В атмосферу, водоемы и почву в мире ежегодно выбрасывается больше 3 млрд. тн твердых промышленных отходов, 500 км³ опасных стоков и около 1 млрд. тн аэрозолей, разных по крупности частиц и химическому составу. Номенклатурный состав ядовитых загрязнений содержит более 800 веществ, в т.ч. мутагены, влияющие на наследственность; канцерогены – на зарождение и развитие злокачественных новообразований; нервные и кровяные яды – на отдельные организмы и др. Содержание этих веществ в воздухе иногда в 3-10 раз превышает ПДК.

Наиболее высокий уровень загрязнения в городских условиях характерен для тяжелых металлов, таких как, свинец, ртуть, хром и никель. Тяжелые металлы способны накапливаться в организме человека и приводить к тяжелым последствиям, так как они обладают мутагенными, канцерогенными и тератогенными (повреждающими зародыш действиями некоторых химических веществ и биологических агентов с возникновением аномалий и пороков развития) свойствами. Техногенная доля цинка и меди в атмосфере составляет примерно 75%, кадмия и ртути – 50, никеля – 30, кобальта – 10%. Наиболее высокой эмиссией отличается свинец; по различным оценкам она достигает 80%.