СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДА ОТ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Самый распространенный вид загрязнения – химический. Существует три основных способа уменьшения вреда от него.
Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные – в 100–200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление – малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.
Очистка. Сегодня в России это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить.
Замена старых технологий новыми – малоотходными. За счет более глубокой переработки сырья удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого (например, из сернистого газа, выбрасываемого ТЭЦ, производят серную кислоту).
Образные названия этим трем способам уменьшения загрязнения окружающей среды дали экологи ФРГ: «удлини трубу» (разбавление и рассеивание), «заглуши трубу» (очистка) и «завяжи трубу узлом» (малоотходные технологии). Немцы восстановили экосистему Рейна, который долгие годы был сточной канавой, куда сбрасывались отходы промышленных гигантов. Это удалось сделать только в 80-е годы, когда, наконец, «завязали трубу узлом». Во Франции восстановлена экосистема реки Сены, в Англии – Темзы.
Некоторое улучшение экологической ситуации в России достигнуто в основном благодаря улучшению работы очистных сооружений и падению производства. Дальнейшего уменьшения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду можно добиться, если внедрить малоотходные технологии. Однако, чтобы «завязать трубу узлом», необходимо обновление оборудования на предприятиях, что требует очень больших вложений и потому будет проводиться постепенно.
1. Как можно уменьшить влияние на среду промышленного загрязнения?
2. Почему «рассеивание» и «разбавление» выбросов и стоков экологически опасно?
3. Как удалось улучшить экологическую ситуацию на реке Рейн в ФРГ?
(ДОП.) § 74. ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Абсолютно вредных веществ нет. Любое загрязняющее вещество в невысокой дозе практически безвредно. Такие обычные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленностью, как оксиды углерода, серы и азота, в невысоких концентрациях всегда присутствовали в ней. В воде и почве всегда есть тяжелые металлы. Любая почва или горная порода обладают естественной радиоактивностью. Даже при отсутствии поблизости (или вдали, ведь газообразные выбросы переносятся на тысячи километров) предприятий, выбрасывающих в атмосферу азот, некоторое его количество содержится в дождевой воде. Он появляется в результате грозовых разрядов, при которых образуется аммиак.
Очистка атмосферы, воды или почвы от загрязняющих веществ – это снижение их концентрации до величин, при которых они становятся безвредными. Такие пороговые величины называются ПДК – предельно допустимые концентрации. Для действенного контроля загрязнения атмосферы, воды или продуктов питания необходимо знать ПДК всех основных загрязнителей.
Таблицы ПДК входят в систему периодически обновляемых государственных стандартов, различных в разных странах, но всегда обязательных, что подкреплено специальными законами. В эти таблицы включают пороговые значения для сотен загрязняющих веществ. В России для наиболее распространенных загрязнителей атмосферы приняты следующие ПДК: в 1 м 3 воздуха должно быть не более 0,15 мг пыли, 0,05 мг оксида серы, 3 мг оксида углерода, 0,04 мг диоксида азота.
Если в среду одновременно поступает несколько загрязняющих веществ, то ПДК определяют по специальным формулам, позволяющим оценить индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).
Для каждого источника загрязнения устанавливают ПДВ – предельно допустимый выброс за единицу времени, при котором концентрация загрязняющего вещества в атмосфере или в воде не будет превышать ПДК.
Все предприятия делятся на 5 групп (классов опасности) в зависимости от вредности выбрасываемых веществ и степени их возможной очистки. У каждой из этих групп своя ширина санитарно-защитной зоны вокруг предприятия, где запрещается строительство (обычно в этой зоне размещают насаждения из деревьев, устойчивых к загрязнению), – от 1000 м (1-й класс опасности) до 50 м (5-й класс).
Для очистки жидких стоков и газообразных выбросов используют специальные системы очистных сооружений.
Загрязняющие вещества, после их извлечения из сточных вод, поступают на повторную переработку или временное захоронение. Очистка производится несколькими способами, которые последовательно сменяют друг друга. Для каждого предприятия, в зависимости от особенностей его отходов, проектируются свои очистные сооружения. Чаще всего используют следующие приемы очистки.
Механическая очистка. Жидкие стоки отстаивают, при этом оседают твердые частицы. Кроме того, применяют песчаные и песчано-гравийные фильтры, задерживающие более легкие взвешенные частицы, не осевшие в отстойниках. В некоторых случаях применяют и центрифугирование, при котором загрязняющие вещества извлекаются в гигантских сепараторах. Механически отделяют нефтепродукты, которые всплывают на поверхность в отстойнике. Для очистки газовых выбросов предприятия используют специальные пылеосадочные камеры и центрифуги (циклоны), матерчатые фильтры.
Химическая очистка. На стоки воздействуют химическими веществами, переводя растворимые соединения в нерастворимые. Так, от кислот очищают добавлением щелочи, а от щелочей, наоборот, добавлением кислот.
Установки для очистки газообразных выбросов очень дороги. Для того чтобы уменьшить выбросы оксида серы и сероводорода, применяют «щелочной дождь», через который пропускают насыщенные газами выбросы, в результате получают соль и воду. В качестве поглотителей-фильтров используют также специальные адсорбенты, например, активированный уголь.
Физико-химическая очистка. При этой очистке электролизом превращают сложные соединения в более простые и извлекают металлы, кислоты и другие неорганические соединения. Для выделения наиболее опасных или ценных загрязняющих веществ, которые используют для дальнейшей переработки, применяют ионообменные смолы, которые химически связывают эти вещества.
Применяют также огневые методы очистки: распыленные стоки впрыскивают в пламя больших горелок. Этот способ дорог, но позволяет «расколоть» даже ядовитые соединения, не поддающиеся прочим химическим или биологическим способам очистки. Например, огневым методом разлагают диоксины – очень ядовитые вещества, которыми загрязнены воды и почвы в некоторых городах России. Огневой метод применяют и при переработке бытовых отходов.
Биологическая очистка. В специально созданных экосистемах загрязняющие вещества разрушаются или концентрируются микроорганизмами и мелкими животными. Организмы могут накапливать и осаждать тяжелые металлы и радиоактивные изотопы (особенно успешно это делают диатомовые водоросли).
Методы биологической очистки исключительно важны, так как значительная часть загрязняющих веществ, которую не удается ни отфильтровать, ни извлечь электролизом, – это растворенные в воде органические вещества.
Биологическую очистку осуществляют в специальных емкостях – открытых бассейнах аэротенках и закрытых метантенках.
Бактерии-аммонификаторы в аэротенках разлагают белки до аммония, а бактерии-нитрификаторы окисляют аммоний до нитратов и нитритов. Для уменьшения площади очистных сооружений применяют активный ил – насыщенный микроорганизмами (бактериями, водорослями, грибами, простейшими) слой наполняющих материалов (щебень, песок, шлак, пластмасса) на дне очистного водоема, через который постоянно продувают воздух, что ускоряет процессы биологической очистки.
Метантенки – это большие емкости из бетона или чугуна, очистка в них идет в анаэробной среде. В метантенках метанообразующие бактерии разлагают органические вещества. В результате кроме очищенной воды получается биогаз, который можно использовать для отопления. Метантенки используют и для обеззараживания навоза на животноводческих фермах. Хорошо очищают воду от многих загрязняющих веществ природный активный ил под зарослями высокорослых водных растений – камыша, тростника, рогоза и т.п. в канавах и прудах.
Однако живущие в природе бактерии не могут разлагать некоторые загрязняющие вещества (в том числе и пестициды), и потому селекционеры-микробиологи выводят специальные штаммы бактерий. Эти бактерии способны разрушать многие органические соединения, и среди них, как низкомолекулярные ароматические углеводороды, так и высокомолекулярные соединения – органические полимеры. Ученые вывели штамм гриба, который может разлагать полиэтиленовую пленку. Получены микроорганизмы, способные очистить поверхность воды от нефтяного загрязнения и даже разрушить попавший в почву гербицид 2,4-Д.
Доочистку стоков можно проводить на полях орошения, где ими поливают и удобряют почву. Состав стоков контролируют, чтобы в них не было высоких концентраций тяжелых металлов и болезнетворных бактерий. На таких полях нельзя выращивать овощи, используемые в пищу в сыром виде: капусту на салат, петрушку или овощи-корнеплоды (морковь, свеклу) и клубнеплоды (картофель). Там можно выращивать капусту для приготовления горячих блюд или засолки, а лучше всего – многолетние травы.
1. Какие методы применяют при очистке загрязненных вод?
2. Какие методы используют для очистки газовых выбросов?
3. В чем суть методов биологической очистки?
Источник
Уменьшение вредного воздействия на окружающую среду: опыт металлургической компании
- Как металлургическое производство загрязняет окружающую среду?
- Какие методы разработаны и используются для утилизации или ликвидации вредных веществ?
- Какие методы разработаны и используются для санитарной охраны атмосферного воздуха?
Деятельность металлургических предприятий оказывает большое негативное воздействие на окружающую среду.
Выбросы из вентиляционных, аспирационных и дымовых систем металлургических производств загрязняют окружающий воздух аэрозолями и газами, содержащими такие компоненты, как СО, SO2, NO, NO2, а сточные воды, в свою очередь, загрязняют водоемы, расположенные рядом с металлургическими гигантами.
Металлургические предприятия при переработке руды со средним и низким содержанием металлов выбрасывают в атмосферу в большом количестве газы с неиспользуемыми химическими компонентами и аэрозолями. Эти выбросы из отводных труб металлургических производств пагубно влияют на состав почв и приводят к уничтожению растительности. Так возникают зараженные вредными химическими веществами территории вокруг заводов, на месте которых появляются стихийные свалки мусора, отработанных технологических материалов и просто пустынные, непригодные для какой-либо жизнедеятельности места.
Старое, изношенное, с низким КПД переработки металлургическое оборудование и недостаточно проработанные с точки зрения экологической защиты и охраны труда технологические процессы, направленные главным образом на максимальное достижение экономической прибыли, также являются фактором, загрязняющим и в итоге уничтожающим окружающую среду.
Предприятия черной и цветной металлургии выбрасывают в атмосферу до 5,5 миллиона тонн вредных веществ, среди которых присутствуют в основном оксида углерода и диоксид серы.
Все эти вещества в итоге выпадают вместе осадками на территориях жилых зон в крупных металлургических центрах. В дальнейшем эти вещества попадают в почву и поверхностные воды. Вместе со сточными водами выбрасываются вредные вещества — сульфаты, хлориды, соединения железа и тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть, хром, никель и др.
Эти отходы и выбросы загрязняют воздух, почву и воду, причиняют опасное воздействие на организмы людей, вызывая возникновение и обострение аллергических и хронических заболеваний.
Конечная продукция металлургических предприятий содержит не более 30 % потребляемых ею минеральных ресурсов, а 70 % содержатся в отходах производства.
При усовершенствовании технологий металлургических процессов и применении нового оборудования можно добиться сокращения выбросов в несколько раз.
Существенную долю в газообразных выбросах занимают сера и сернистые соединения. Основным их поставщиком является кокс и руда. В производственных изделиях и твердых отходах металлургического производства остается до 60% серы, а 40 % этого химического элемента выбрасывается с газами в окружающую среду.
В каждом металлургическом производстве одним из начальных циклов является агломерирование руды, которая будет применена для дальнейшего производства чугуна и стали. Этот процесс является основным по количеству выбросов газа SO2 в металлургическом производстве — до 55 % от общего количества выбросов этого газа.
Во время производства и перерабоки металла и шлака в атмосферу поступает до 35 % газа SO2 и H2S. Оставшиеся 10 % выделяют котельные установки.
При производстве доменного чугуна домна, среди прочих газов, выделяет цианистый водород HCN. При производстве различных продуктов его содержание может достигать от 200 до 3500 мг/м3. При производстве кокса выбросы этого газа могут достичь 0,5 кг/т готового кокса.
При выплавке чугуна и стали в общей сложности может выделяться 2,5 кг/т продукта окислов азота — NO.
СО — окись углерода, также образуется при технологических циклах различных металлургического производства. В агломерационных, доменных, коксохимических процессах, которые проходят без участия газового топлива. Например, в процессе мартеновской выплавки стали с кислородной продувкой содержание СО доходит до 0,53 кг/т стали.
Методы утилизации или ликвидации вредных веществ
В настоящее время применяются такие виды локализации в недоступных для посторонних людей местах вредных веществ, разделенных по гигиеническому принципу, как:
- утилизация слаборазлагающихся инертных веществ при ведении земельных работ в период строительства и планировки территорий;
- утилизация легкоразлагающихся органических веществ на специальных складах или переработка их вместе с твердыми бытовыми отходами;
- утилизация слаботоксичных и малорастворимых в воде на специальных полигонах с твердыми бытовыми отходами
- утилизация веществ, содержащих нефте- и маслопродукты, сжиганием в специальных установках;
- утилизация токсичных веществ со слабым загрязнением воздуха на специальных полигонах для хранения и переработки промышленных отходов;
- утилизация токсичных, минеральных и органических веществ на специальных полигонах с утилизацией, обеззараживанием и сжиганием в специальных сооружениях и установках.
Классификация отходов металлургического производства:
По технологическому признаку:
- отходы текущего производства;
- oтходы от переработки минерального сырья одного производственного цикла;
- отходы шлаковых и шламовых накоплений;
- отходы от переработки минерального сырья длительного хранения;
- отходы от вторичной переработки продукции текущего производства.
По потребительско-экономической эффективности:
- продукты переработки отходов с коммерческой эффективностью, которые пользуются спросом и обладают высокими потребительскими свойствами;
- продукты переработки отходов с экономической эффективностью, которые могут обеспечить пополнение сырьевых запасов производства;
- продукты переработки отходов с экологической эффективностью, которые могут обеспечить экологическую обстановку на металлургическом производстве.
В 2001 году была разработана новая методика оценки токсичности отходов таким образом, что каждый класс опасности учитывает возможность вредного воздействия отходов на окружающую среду:
1 класс опасности — ртутьсодержащие лампы, фенолы, отходы химических производств;
2 класс опасности — нефтеотходы, отходы химических производств;
3 класс опасности — масла и нефтеотходы, лаки, краски, эмали; осадки и шламы; обрезки;
материалов, промасленные отходы, отходы смазки охлаждения;
4 класс опасности — осадки и шламы; отходы литейного производства, аккумуляторы,
котельные шлаки;
5 класс опасности — металлолом; строительные отходы; бумага, стеклобой.
В металлургическом производстве при различных процессах применяются радиоактивные индикаторы. В сталеплавильном производстве такие индикаторы используются для контроля процессов гидродинамики расплавленного металла и шлака, выявлении причин возникновения неметаллических примесей в стальных слитках, контроля скорости кристаллизации слитков и др. В прокатном производстве при помощи таких индикаторов происходит контроль качества прокатываемого металла. На агломерационных фабриках, при агломерационном процессе контролируют процессы подготовки и формирования агломератов, которые наряду с окатышами, используются для выплавки чугуна. При выплавке чугуна в домнах, радиоактивные индикаторы используются для контроля выводимых газов.
На предприятиях металлургического комплекса разработаны инструкции, регламентирующие утилизацию радиоактивных отходов по специальной технологии. Так как опасность заражения биосферы этими отходами сохраняется довольно длительное время, утилизационные предприятия организуются в отдаленных от населенных пунктов районах. Вокруг этих предприятий создается санитарно-защитная зона.
Автор: Дмитрий Юрьевич Чернобровкин, инженер-конструктор металлургической и обрабатывающей промышленности.
Источник: «Журнал главного инженера», №6, 2019 (статья в не полном объеме).
Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!
Источник
