Твердые отходы черной металлургии.

Введение

В России источником интенсивного загрязнения окружающей среды являются, в ряду прочих, предприятия металлургической отрасли.Крупнейшие металлургические заводы России - это, как правило, градообразующие предприятия. При этом металлургические предприятия из-за своего устаревшего оборудования являются главными источниками загрязнения.Особенностью отечественного металлургического производства является негативное воздействие на все составляющие окружающей среды. Это загрязнение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, а также выбросы в атмосферу большого количества вредных веществ.Сложившаяся ситуация требует поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем, связанных с промышленным производством. Очевидно, что это должен быть целый комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предотвращение или существенное снижение неблагоприятного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и, как следствие, на здоровье человека.Тем не менее, российские металлурги в силу своих возможностей начали предпринимать меры для охраны природы, сокращения вредных выбросов в атмосферу и водоемы. Для улучшения экологии металлургическим комбинатам, прежде всего, необходимо провести техническую реконструкцию производства, заменить устаревшее оборудование, построить новые очистные сооружения.

В данной работе рассматривается негативное влияние металлургического комплекса на окружающую среду. Также содержит предложение по уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу.

Выбросы вредных веществ в атмосферу

Основными загрязняющими веществами поступающими в атмосферу от мартеновских печей являются газообразные продукты сжигания топлива. Значительными являются выбросы пыли ,основная составляющая которых оксид железа. Наибольшее пылевыделение - при погрузочно-разгрузочных работах, пыли и газов - при обжиге известняка и производстве стального проката.При выплавке одной тонны стали, в атмосферу выбрасывается 0,04 тонны твердых частиц, 0,03 тонны оксидов серы и до0,05 тонны оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути. В процессе производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются:

1.Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате выбросов промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта.

2. Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год).

3. Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Борьба с пылегазовыми выбросами в черной металлургии требует больших капитальных и экспулатационных затрат и осложняется тем, что выбросы образуются на всех стадиях металлургического передела и зачастую носят неорганизованный характер.

Промышленные стоки напредприятиях черной металлургии

Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды. Из общего количества воды, потребляемой предприятиями из источников, до 10-15 % составляют безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, приготовлением химически очищенной воды, потерями в технологических процессах и др. Остальная вода после использования возвращается в водоем в виде сточных вод.. Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. Доля водопотребления и водоотведения составляет: на охлаждение оборудования - 49%, очистку газов и воздуха - 26%, обработку и отделку металла - 12%, гидравлическую транспортировку отходов производства - 11%, прочие нужды - 2%

Нефть и нефтепродукты, к которым также относятся смазочные масла (смазочно-охлаждающие жидкости СОЖ), входящие в состав промышленных стоков металлургической промышленности, на современном этапе являются основными химическими загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Общая масса нефтепродуктов, попадающая ежегодно в моря и океаны, оценивается, в 6,1 млн. т. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, которая взаимодействует с естественной поверхностной пленкой, увеличивая ее толщину и образуя квазиравновесную систему; растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты; осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. Степень воздействия нефтепродуктов на водную среду определяется, прежде всего, их составом. В высокомолекулярных фракциях нефти содержится до 5% серы, 1% азота и кислорода, а также различные комплексообразующие металлы.

На предприятиях металлургической промышленности одной из основных категорий сточных вод являются маслосодержащие стоки. По концентрации основного загрязнителя (масла) они делятся на малоконцентрированные (образуются при промывке металлических изделий после термической обработки) и концентрированные (отработанные смазочно-охлаждающие жидкости СОЖ + отработанные моющие растворы ПАВ, образующие стойкие эмульсии типа «масло в воде»).
Основное количество концентрированных маслоэмульсионных сточных вод, образующихся в процессе металлообработки, сбрасывается в виде отработанных СОЖ.

Твердые отходы черной металлургии.

На предприятиях черной металлургии нашей страны ежегодно образуется свыше 70 млн. т металлических шлаков. Для различных нужд народным хозяйством используется около половины (53%) эти шлаков, а остальное выбрасывается в отвалы. При этом использование доменных шлаков достигает 80%, а сталеплавильных - 20-30%. Если учесть, что кроме шлаков в металлургическом производстве образуется еще много и других видов твердых отходов агломерационного, доменного, сталеплавильного производства, горячего проката, травления металлов в виде различных по составу шламов, пылей, то общий объем современного использования твердых отходов металлургического цикла можно принять равным 35-55%. В среднем на 1 т чугуна образуется около 400-500 кг шлаков.

 К твердым отходам сталеплавильного производства следует отнести мартеновские шлаки (кислые и щелочные). Это кусковой материал размером порядка 500 мм, плотностью 3,5-4 г/см3 и температурой плавления 1500-16000С.

Примерный химический состав щелочных шлаков:

Примерный химический состав кислых шлаков:

Очистка сточных вод

Сточные воды заводов черной и цветной металлургии содержат большое количество взвешенных минеральных веществ, цветные металлы и железо, сульфаты, хлориды, смолы и масла, серную кислоту и железный купорос.

В состав СОЖ входят: эмульсол, сода, вода, эмульгаторы (олеиновая, нафтеновая сульфонафтеновая кислоты), различные стабилизаторы (этиловый спирт, этиленгликоль, триэтаноламин), а также большое количество присадок – антикоррозионных, бактерицидных, противоизносных, противозадирных

Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах

Можно выделить несколько этапов:

· механический

· биологический

· физико-химический

· иногда дезинфекция сточных вод.

Механический этап

Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.

Сооружения для механической очистки сточных вод:

· решетки и сита

· песколовики

· первичные отстойники

· мембранные элементы;

· септики

Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решетки и для более полного выделения грубодисперсных примесей — сита. Максимальная ширина прозоров решётки составляет 16 мм. Отбросы с решёток либо дробят и направляют для совместной переработки с осадками очистных сооружений, либо вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов.Затем стоки проходят через песколовики, где происходит осаждение мелких частиц (песок, шлак, бой стекла т. п.) под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврата их в производственный цикл.Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ.

Механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод (усреднения) и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

Биологический этап

Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами.На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение биологического потребления кислорода.Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы.

С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки(анаэробное брожение).

Первичные отстойники, куда на этом этапе попадает вода, предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной пять метров и диаметром 40 и 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.Также в биологической очистке, после первичных отстойников и аэротенков существует вторая линия радиальных отстойников. Во вторичных отстойниках находятся илососы. Они предназначены для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.

Физико-химический этап

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются:

— флотация;
— сорбция;
— центрифугирование;
— ионообменная и электрохимическая очистка;
— гиперфильтрация;
— нейтрализация;
— экстракция;
— эвапорация;
— выпаривание, испарение и кристаллизация.

Дезинфекция

Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового излучения.Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлоров в течение 30 минут.Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорид, дезавидионизирование.