Лекция №3 Промышленные предприятия как источники загрязнения окружающей среды Антропогенные

Лекция №3
Промышленные предприятия как источники загрязнения
окружающей среды
Антропогенные
источники
отличаются
от
природных
своим
многообразием. Если в начале ХХ в. в промышленности применялось 19
химических элементов, то в 1970 г. использовались все элементы таблицы
Менделеева. Это существенно сказалось на составе выбросов, ее
качественном загрязнении, в частности, аэрозолями тяжелых и редких
металлов,
синтетическими
соединениями,
радиоактивными,
канцерогенными и бактериологическими веществами. Значительны
размеры зон геоэкологического влияния различных источников
техногенного воздействия.
Размеры зон геоэкологического влияния разных источников
Виды хозяйственной
деятельности
Горнотехническая
Теплоэнергетическая
Химическая, металлургическая,
нефтеперерабатывающая
Транспорт
Источник воздействия
Шахта, карьер, подземное
хранилище
ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС
Размеры зон,
км
1-5
5-7
Комбинат, завод
3-50
Автомагистраль
Железная дорога
Метро
Трамваи
0,04-0,1
0,015-0,3
0,06-0,3
0,15-0,3
К отраслям, определяющим уровень загрязнения атмосферы, относят
промышленность в целом и особенно топливно-энергетический комплекс и
транспорт. Их выбросы в атмосферу распределяются следующим образом:
30% - черная и цветная металлургия, промышленность стройматериалов,
химия и нефтехимия, ВПК; 25% - теплоэнергетика; 40% - транспорт всех
видов.
По токсическим отходам лидируют черная и цветная металлургия. Черная и
цветная металлургия являются самыми загрязняющими производствами. На
долю металлургии приходится до 26% от валовых общероссийских
выбросов по твердым веществам и 34% - по газообразным. В состав
выбросов входят: оксид углерода – 67,5%, твердые вещества – 15,5%,
сернистый ангидрид – 10,8%, оксиды азота – 5,4%.
Выброс пыли в расчете на 1 тонну чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа
– 2,7 кг, марганца – 0,6 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу
выбрасывают соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути,
цианистый водород и смолистые вещества. Допустимая норма выброса
сернистого газа при агломерации руды 190 кг на 1 тонну руды. Кроме того,
в состав сбросов в воду входят такие вещества: сульфаты, хлориды,
соединения тяжелых металлов.
Предприятия черной металлургии сбрасывают в воду ¼ всех токсических
российских отходов. Предприятия черной металлургии воздействуют на
состояние подземных вод через фильтрующие накопители. Например,
Новолипецкий металлургический комбинат стал загрязнителем роданидами
(SCN) до 957 ПДК, цианидами – до 308 ПДК, а также нефтепродуктами и
фенолами.
Крупнейшими отраслевыми источниками загрязнения водных ресурсов
являются Новолипецкий, Магнитогорский, Златоустский, Саткинский
металлургические комбинаты.
Предприятия металлургии являются крупными загрязнителями почвы. По
данным космической съемки, зона загрязнения почвы прослеживается до 60
км от источника.
Цветная металлургия – лидер загрязнения в России. Только концерн
«Норильский никель» поставляет в атмосферу 12% валового сброса
загрязняющих веществ всей промышленности России. Кроме того,
«Южуралникель», Среднеуральский медеплавильный завод (г. Ревда),
Ачинский
глиноземный,
кросноярско-алюминевый,
медногорский
медносерный комбинат дают более 80% суммарного выброса в атмосферу
SO2, 10,5% - СО, 10,45% - пыли.
Сточные воды: фторореагенты, цианиды, нефтепродукты, ксантогенаты,
соли тяжелых металлов (медь, свинец, цинк, никель), мышьяк, фтор, сурьма
и др. В почвенном покрове, где расположены предприятия, тяжелые
металлы превышают ПДК от 2 до 5 и более (рудная пристань, свинцовый
завод r=5 км, загрязнение свинцом - 300 ПДК, марганцем – 2 ПДК).
Условно предприятия можно разделить на три группы, учитывая их
потенциальные возможности загрязнения биосферы.
К первой группе относятся предприятия с преобладанием химических
технологических процессов.
Ко второй группе - предприятия с преобладанием
механических
(машиностроительных) технологических процессов.
К третьей группе - предприятия, на которых осуществляется как добыча, так
и химическая переработка сырья.
Например, предприятия химической промышленности (I г р у п п а)
отличаются разнообразием токсичных газовых выбросов и жидких стоков.
Главные из них - органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его
производные, оксиды азота, циановодород, фториды, сернистые соединения
(диоксид серы, сероводород, сероуглерод), металлоорганические соединения,
соединения фосфора, мышьяка, ртуть. Перечень некоторых опасных для
окружающей среды отходов предприятий I группы представлен в т а б л . 2
[2, 5].
Таблица 2
К числу отходов химической промышленности и производства
минеральных удобрений относятся гипсосодержащие отходы (фосфогипс и
др.), фосфорные шлаки, пиритные огарки, галитовые отходы и глинистые
шламы, содовые плавы, отходы нефтехимии и др. Отвалы и
шламохранилища, занятые отходами химических производств, занимают
тысячи гектаров земли. К отходам резинотехнических изделий относятся
остатки
резиновых
смесей,
резиновые
и
резинотканевые,
невулканизированные
и
вулканизированные,
текстильные
и
резинометаллические отходы. Например, резиновые невулканизированные
отходы содержат до 50% каучука. Отходы производства асбестотехнических
изделий образуются при изготовлении тормозных колодок, прокладок,
кровельного материала и др.
В промышленных процессах переработки различного сырья и
полуфабрикатов путем механического, термического и химического
воздействия образуются отходящие (отбросные) газы, в которых содержатся
взвешенные частицы. Они обладают всем комплексом свойств твердых
отходов, а газы (в том числе и воздух), содержащие взвешенные частицы,
относятся к аэродисперсным системам (Г-Т, табл. 3). Промышленные газы
обычно представляют собой сложные аэродисперсные системы, в которых
дисперсная среда является смесью разных газов, а взвешенные частицы
полидисперсны и имеют различное агрегатное состояние.
Таблица 3
Пыль в газах, отходящих от сырьевых и цементных сушилок, мельниц,
грануляторов, смесителей, печей обжига колчедана, в аспирационном
воздухе транспортных устройств и тому подобное является следствием
несовершенства оборудования и технологических процессов. В дымовых,
генераторных, доменных, коксовых и других подобных газах содержится
пыль, образующаяся в процессе горения топлива. Как продукт неполного
сгорания органических веществ (топлива) при недостатке воздуха образуется
и уносится сажа. Если в газах содержатся какие-либо вещества в
парообразном состоянии, то при охлаждении до определенной температуры
пары конденсируются и переходят в жидкое или твердое состояние (Ж или
Т).
Примерами взвесей, образовавшихся путем конденсации, могут
служить: туман серной кислоты в отходящих газах выпарных аппаратов,
туман смол в генераторных и коксовых газах, пыль цветных металлов (цинка,
олова, свинца, сурьмы и др.) с низкой температурой испарения в газах. Пыли,
образующиеся в результате конденсации паров, называются возгонами.
Несмотря на внешнее разнообразие исходного сырья, используемого в
порошковых технологиях, ингредиенты пыли не только подчиняются одним
и тем же теоретическим законам инженерной реологии, но и на практике
обладают сходными технологическими свойствами, условиями их
предварительной подготовки и последующей вторичной переработки.
При выборе метода переработки твердых отходов существенную роль
играют их состав и количество.
Предприятия механического профиля (II группа), включающие
заготовительные и кузнечно-прессовые цехи, цехи термической и
механической обработки металлов, цехи покрытий, литейное производство,
выделяют значительное количество газов, жидких стоков и твердых отходов.
Например,
в
закрытых
чугунолитейных
вагранках
производительностью 5- 10 т/ч на 1 т выплавленного чугуна выделяется 1113 кг пыли (масс. %): SiO2 30-50, СаО 8-12, Аl2О3 0,5-6,0 МgО 0,5-4,0
FeO+Fe2O3 10-36, 0 МnО 0,5-2,5, С 30-45; 190-200 кг оксида углерода; 0,4 кг
диоксида серы; 0,7 кг углеводородов и др.
Концентрация пыли в отходящих газах составляет 5-20 г/м3 при
эквивалентном размере 35 мкм .
При литье под действием теплоты расплавленного (жидкого) металла и
при охлаждении форм из формовочных смесей выделяются ингредиенты,
представленные в т а б л . 4 .
Токсичные вещества в окрасочных цехах выделяются в процессе
обезжиривания поверхностей органическими растворителями перед
окраской, при подготовке лакокрасочных материалов, при их нанесении на
поверхность изделий и сушке покрытия. Характеристики вентиляционных
выбросов из окрасочных цехов приведена в т а б л .5.
Таблица 4
Таблица 5
Нефтегазовые и горнодобывающие объекты, металлургическое
производство и теплоэнергетику условно относят к предприятиям III
группы.
При нефтегазовом строительстве основным источником техногенных
воздействий является опорно-двигательная часть машин, механизмов и
транспорта. Они разрушают почворастительный покров любого типа за 1-2
прохода или проезда. На этих же этапах происходит максимальное физикохимическое загрязнение почв, грунтов, поверхностных вод
горючесмазочными материалами, твердыми отходами, бытовыми стоками и др.
Плановые потери добытой нефти составляют в среднем 50%. Ниже
приведен перечень веществ (в скобках дан класс их опасности),
выбрасываемых:
а) в атмосферный воздух; двуокись азота B), бенз(а)пирен A),
сернистый ангидрит C), оксид углерода D), сажа C), ртуть металлическая A),
свинец A), озон A), аммиак D), хлористый водород B), серная кислота B),
сероводород B), ацетон D), окись мышьяка B), формальдегид B), фенол A) и
др.;
б) в сточные воды: азот аммиачный (аммония сульфат по азоту) - 3,
азот общий (аммиак по азоту) - 3, бензин C), бенз(а)пирен A), керосин D),
ацетон C), уайт-спирит C), сульфат D), фосфор элементарный A), хлориды
D), хлор активный C), этилен C), нитраты C), фосфаты B), масла и др.
Горная промышленность использует практически невозобновимые
минеральные ресурсы далеко не полностью: 12-15% руд черных и цветных
металлов остается в недрах или складируется в отвалы.
Так называемые плановые потери каменного угля составляют 40%. При
разработке полиметаллических руд из них извлекают лишь 1-2 металла, а
остальные выбрасываются с вмещающей породой. При добыче каменных
солей и слюды в отвалах остается до 80% сырья. Массовые взрывы на
карьерах являются крупными источниками пыли и ядовитых газов.
Например, пылегазовое облако рассеивает 200-250 т пыли в радиусе 2-4 км
от эпицентра взрыва.
Выветривание горных пород, складированных в отвалы, приводит к
значительному повышению концентраций - SO2, CO и СО2 в радиусе
нескольких километров.
В теплоэнергетике мощным источником твердых отходов и
газообразных выбросов являются теплоэлектростанции, паросиловые
установки, то есть любые промышленные и коммунально-бытовые
предприятия, связанные с процессом сжигания топлива.
В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид
и триоксид серы и др. Хвосты углеобогощения, золы и шлаки формируют
состав твердых отходов. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 5560% SiO2, 22-26% А12О3, 5-12% Fe2O3, 0,5-1,0 СаО, 4-4,5% К2О и Na2O и до
5% С. Они поступают в отвалы и степень их использования не превышает 12% .
Опасно использование бурых и других углей, содержащих
радиоактивные элементы (уран, торий и др.), в качестве топлива, так как
часть их уносится с отходящими газами в атмосферу, часть - через
золоотвалы поступают в литосферу.
К промежуточной комбинированной группе предприятий (I + II +III
гр.) относится муниципальное производство и объекты коммунальногородского хозяйства. Современные города выбрасывают в атмосферу и
гидросферу около 1000 химических соединений.
Атмосферные выбросы текстильной промышленности содержат оксид
углерода, сульфиды, нитрозамины, сажу, серную и борную кислоты, смолы, а
обувные фабрики выделяют аммиак, этилацетат, сероводород и кожевенную
пыль. При производстве строительных материалов и конструкций,
например, выделяется от 140 до 200 кг пыли на 1 т произведенных
строительного гипса и извести соответственно, а отходящие газы содержат
оксиды углерода, серы, азота, углеводороды. Всего предприятия по
производству стройматериалов в нашей стране выбрасывают ежегодно 38
млн т пыли, 60 % которых составляет цементная пыль [2].
Загрязнения в сточных водах находятся в виде взвесей, коллоидов и
растворов. До 40% загрязнений составляют минеральные вещества: частицы
грунта, пыли, минеральные соли (фосфаты, азот аммонийный, хлориды,
сульфаты и др.). В состав органических загрязнений входят жиры, белки,
углеводы, клетчатка, спирты, органические кислоты и т.д. Особый вид
загрязнения сточных вод - бактериальный. Количество загрязнений (г/чел,
сут.) в бытовых сточных водах определяется в основном физиологическими
показателями и составляет примерно:
Биологическая потребность в кислороде (ВПК полн.) - 75
Взвешенные вещества - 65
Азот аммонийный - 8
Фосфаты - 3,3 (из них 1,6 г - за счет моющих средств)
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) - 2,5
Хлориды - 9.
Наиболее опасными и трудноудаляемыми из стоков являются СПАВ
(иначе - детергенты) - сильные токсиканты, устойчивые к процессам
биологического разложения. Поэтому в водоемы сбрасывается до 50-60% их
первоначального количества [2].
К опасным загрязнениям антропогенного характера, способствующим
серьезному ухудшению качества окружающей среды и жизни человека,
следует отнести радиоактивность. Естественная радиоактивность - это
закономерное явление, обусловленное двумя причинами: наличием в
атмосфере радона 222Rn и продуктов его распада, а также воздействием
космических лучей. Что касается антропогенных факторов, то они связаны
главным образом с искусственной (техногенной) радиоактивностью (ядерные
взрывы, производство ядерного топлива,
аварии на атомных
электростанциях).