Наука и техника начала третьего тысячелетия развивается в темпах геометрической прогрессии, не является исключением и промышленность как одна из самых (если не самой) масштабных сфер деятельности человека. Подобного рода тенденция распространилась по всему миру и уже захватила развивающиеся, в прошлом слаборазвитые, страны. Украина обладает довольно мощным промышленным потенциалом, доставшимся ей в наследие от Советского Союза, после распада которого до сих пор промышленность нашей страны не оправилась в полной мере. В связи с не безупречностью технологических процессов на данном этапе неизбежно негативное воздействие промышленности на окружающую среду, промышленных отходов как компонента данного воздействия. Ежегодно во всем мире и в нашей стране миллионы тонн твердых, пастообразных, жидких, газообразных отходов поступает в биосферу, нанося тем самым непоправимый урон как живой, так и неживой природы. В глобальных масштабах изменяется круговорот воды и газовый баланс в атмосфере. Огромное количество видов живых существ подвержены воздействию опасных веществ, в том числе на генетическом уровне, отсюда вытекает поражения целого ряда поколений организмов, а может и множества. Стало очевидным, что и люди не застрахованы от жатвы плодов своей беспечности и халатного отношения к природе. Так, лишь по прошествию несколько десятилетий после создания крупных промышленных узлов, на которых велся недостаточно или не велся вовсе контроль над выбросами токсичных отходов в биосферу, в окрестностях стали появляться на свет дети с очевидными мутациями. Если люди в состоянии позаботиться о себе, животные и растения сами на это не способны, поэтому необходимо тщательно следить за развитием и жизнедеятельностью организмов в зонах прямого и косвенного воздействия промышленных предприятий и смежных с ними объектов. Несмотря на давность и большое количество исследований в области экологически чистого производства, проблема утилизации и переработки промышленных отходов остается актуальной до сих пор.
Запорожье - индустриальный центр Украины и зона экологического бедствия
Запорожье по уровню промышленного потенциала замыкает пятерку крупнейших индустриальных центров Украины. Наряду с мощными предприятиями черной металлургии — "Запорожсталь", "Днепроспецсталь", в Запорожье расположены крупнейшие предприятия цветной металлургии - Запорожский Титано-Магниевый комбинат и Днепровский алюминиевый завод, предприятия химической промышленности — заводы "Кремнийполимер", искусственных кож, предприятия машиностроительного комплекса, "АвтоЗАЗ", моторостроительный завод. В районе Запорожья на Днепре сооружена самая крупная гидроэлектростанция днепровского каскада — ДнепроГЭС.
Природа - единственный и бессменный источник материальных и духовных благ. Постоянно пользуясь этим источником, человек даже думать не хотел, что он когда-то будет исчерпан, но уже сегодня стало ясно, что без кардинального решения назревших проблем, невозможно обеспечить дальнейшее развитие экономики. Главными загрязнителями окружающей среды являются - теплоэлектростанции, предприятия металлургической и химической промышленности, коммунального хозяйства.
Город расположен по обоим берегам Днепра. Развитие Запорожья складывалось таким образом, что крупные промышленные предприятия оказались в непосредственной близости от жилой застройки. Многие жилые дома находятся в пределах санитарно-защитных зон промпредприятий. Над Запорожьем постоянно нависает темно-фиолетовая дымка смога, формируемая выбросами промышленных предприятий, сконцентрированных на сравнительно небольшом пространстве. Этому способствует рельеф местности, представляющий собой волнистую равнину, изрезанную овражно-балочной сетью с перепадом высот до 100 м, что ухудшает проветриваемость территории и условия рассеивания пылегазовых выбросов. В число наиболее загрязненных городов мира попал и наш город.
Запорожье - как индустриальный центр области, наиболее загрязнен такими промышленными гигантами как "Запорожсталь", "Коксохим", Днепроспецсталь", "Титано-магниевый", "Абразивный комбинат" и другие. За один год (1991) в атмосферу над городом выбрасывается 94,5 тыс. тонн твердых веществ, 493 тыс. тонн газообразных и жидких. Над каждым заводом облако своей пыли, а по воротникам рубашки можно выяснить с какого завода тот или иной человек. Коричневый цвет - цвет окислившегося железа: значит человек обитает где-то у металлургического завода. Синий - это кубовый краситель: человек с анилинокрасочного производства; серый - цвет окиси алюминия; зеленый - меди. Автор книги "Загрязненное небо" Л. Дж. Папетон так сформулировал проблему: "Или люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей.
Современная экологическая обстановка в Запорожской области стала крайне опасной. Основные причины случившегося следующие:
устаревшая технология производства на многих промышленных предприятиях;нерациональная структура промышленности (избыток энергоемких и "грязных" предприятий);
недостаточное экологическое воспитание людей и, как результат, их безразличное отношение к экологическим проблемам;
недостаточное внимание к экологическим проблемам государственных организаций.
Запорожская область вошла в число зон экологического бедствия Украины под названием "Районы наибольшего загрязнения окружающей среды - Приднепровье". Общая характеристика отходов промышленности
Негативное воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов.
Основные понятия отходов
В общем, отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства являются остатки материалов, сырья, полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично свои полезные физические свойства. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Отходы потребления – непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, инструменты, бытовые изделия.
По возможности использования, различаются утилизируемые и неутилизируемые отходы. Для первых существует технология переработки и вовлечения в хозяйственный оборот, для вторых в настоящее время отсутствует.
Классификация отходов промышленности
Промотходы зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность. Существует классификация отходов по их химической природе, технологическим признакам образования, возможности дальнейшей переработке и использования. В нашей стране вредные вещества характеризуется по четырем классам опасности, от чего зависят затраты на переработку и захоронение.
1. Чрезвычайно опасные
. Отходы, содержащие ртуть и ее соединения, в том числе сулему, хромовокислый и цианистый калий, соединения сурьмы, в том числе треххлорную сурьму, бенз-а-пирен и др.
Токсичность соединений ртути
заключается во вредном воздействии иона Hg2+
. В организм ртуть попадает, как правило, в неионой форме. Ртуть вступает в соединение с белковыми молекулами в крови, в результате чего образуются более или менее прочные комплексы – металлопротеиды. Страдают тиоловые энзимы и в организме возникают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, что приводит к инертности корковых процессов в мозге. Воздействие соединений ртути на животных при остром отравлении проявляется в потере аппетита, жажде, слюнотечение, рвота, общая слабость, позднее кровавый понос, катаракта на слизистой глаз, возможные судороги, внезапная смерть при поражении двигательных узлов сердца и спинного мозга. У выживших через 1 – 2 часа поражение желудочно-кишечного тракта, через 5 суток – поражение почек, перерождение клеток печени.
У человека при отравлении сулемой
и другими солями ртути – головные боли, поражение десен, стоматит, набухание лимфатических и слюнных желез, иногда повышенная температура. В тяжелых случаях нефроз в почках и через 5 – 6 дней смерть. В достаточно легких случаях – потеря аппетита, тошнота, рвота (иногда с кровью), слизистый понос (чаще с кровью), язва желудка и двенадцатиперстной кишки. Сначала может возникнуть усиленное мочеотделение, потом почти полное его прекращение. При хроническом отравлении у людей и животных поражается нервная система (резкая переменчивость активности), изменения в клетках коры больших полушарий мозга, ствола спинного мозга, периферийных нервах. Среди людей, больных туберкулезом, высокая смертность.
Общее воздействие на организм цианистого калия (
KCN) и других солей синильной кислоты (
HCN)
вызывает нарушение дыхания, резкое понижение способностей тканей потреблять доставляемый кислород. При хроническом отравлении возможно нарушение продуцирование гормона щитовидной железой, тяжелое поражение дыхательных путей, головная боль, похудение, нарушение потенции и либидо, снижение функции половых желез развитие анемии, лейкопения, поражение почек, ухудшение зрения и слуха, на коже образуется хроническая экзема. Смертельная доза KCN для человека – 0.12 г, иногда переносятся бóльшие дозы, замедление действия возможно при заполнении желудка пищей.
Соединения сурьмы
вызывают раздражения слизистых дыхательных путей и пищеварительного тракта, кожи. При хроническом отравлении данные вещества способны вызывать нарушение обмена веществ, негативно влияющие на нервную систему и сердце. При гидролизе SbCl3
в организме образуется HCl, приводящая с острому воспалению легких и дыхательных путей и опасному воздействию на пищеварительную систему (хотя несколько меньше). SbCl3
раздражает глаза, вызывает тошноту, рвоту, понос, мышечную слабость при попадании в желудок, задерживает мочеиспускание, в результате – судороги, сердечная слабость, коллапс, смерть.
Бенз-а-пирен (1,2-бензпирен) – сильное канцерогенное вещество, получаемое при производстве каменноугольной смолы (содержание 0.001–1 %), каменноугольного пека (1.5 – 2 %), сланцевой смолы (до 0.2 %), сланцевых масел, – содержится в сырой нефти, нефтепродуктах, древесном дыме, продуктах пиролиза древесины и торфа. 1,2-бензпирен обладает канцерогенной активностью в отношении человека и животных. Возможно развитие раковых опухолей самых различных органов: легких, желудка, молочных желез и многих других. Действие канцерогенов на организм происходит при его взаимодействии с элементами клетки. Существуют гипотезы, что такие соединения не играют самостоятельной роли, а только создают условия для онкогенных вирусов. ПДК бенз-а-пирена в атмосферном воздухе составляет 0.01 мкг/м3
.
2. Высоко-опасные
. Отходы, содержащие хлористую медь, содержащие сульфат меди, щавелевокислую медь, трехокисную сурьму, соединения свинца.
Свинец
– яд, действующий на все живое, в особенности на нервную систему, кровь, сосуды; в меньшей степени действует на эндокринную и пищеварительную системы. Активно влияет на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генного аппарата, возможно денатуративное действие, подавление ферментативных процессов, выработка неполноценных эритроцитов из-за поражения кроветворных органов, нарушение обмена веществ.
Медь
содержится в организме главным образом в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в кроветворении. Во вредном действии избытка решающую роль, по-видимому, играет реакция Cu2+
с SH-группами ферментов (фриден). С колебаниями содержания Cu в сыворотке и коже связано появление депигментации кожи. Реакции соединений меди с белками тканей верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта.
Токсичность CuCl
2
проявляется как действие Cu2+
и образующейся в организме соляной кислотой.
Попадание в желудок животных сульфата меди (
CuSO
4
)
вызывает анемию, язву желудка, изменения в печени, кровоизлияние в почках и семенниках, смерть. При вдыхании – воспаление верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, поражение центральной нервной системы.
У людей попадание CuSO
4
или Cu(
CH
3
COO)
2
в желудок вызывает тошноту, рвоту, боли в животе, понос, быстрое появление гемоглобина в крови и моче, желтуха, анемия, при почечной недостаточности – смерть. При хронической интоксации медью и ее солями – функциональное расстройство нервной системы, нарушение функции печени и почек.
3. Умеренно-опасные
. Отходы, оксиды свинца (PbO, PbO2
, Pb3
O4
), хлорид никеля, четыреххлористый углерод.
При остром травлении хлоридом никеля (
NiCl2
)
возникает возбуждение, угнетение; покраснение слизистых оболочек и кожи; понос. Длительное воздействие вызывает снижение числа эритроцитов, но многими животными это переносится не очень болезненно.
4. Малоопасные
. Отходы, содержащие сульфат магния, фосфаты, соединения цинка, отходы обогащения полезных ископаемых флотационным способом с применением аминов.
Mg
способствует изменениям содержания SH-групп во внутренних органах, нарушению нуклеинового обмена. У людей поражается носовая полость, выпадают волосы. Действие собственно MgSO
4
на кожу приводит к дерматологическим заболеваниям.
Фосфаты
– смеси различных веществ, среди которых все или часть соединения фосфора; многие из них применяются в качестве удобрений. Поскольку анион фосфорной кислоты является физиологическим, общая токсическое действие ее солей возможна лишь при весьма высоких дозах.
Попадание пыли фосфатов в организм развивает пневмосклероз, сокращение бронхов и кровеносных сосудов. Токсичность многих фосфоритов зависит от примеси фтора. Наиболее ядовита нитрофоска – смесь моно- и диаммония фосфатов с KNO3
.
При контакте с фосфатами у человека могут развиваться дерматиты: сыпь, жжение и зуд, отек кожи лица – жжение в глазах, слезоточивость, выпадение радужной оболочки, хотя быстро отходящие. Возможно нарушение менструального цикла. Течение в целом благоприятное, но при осложнениях возможно развитие пневмонии бронхита.
Хлорид цинка (
ZnCl
2
)
, используемый для консервирования древесины и в целлюлозно-бумажной промышленности, у животных вызывает развитие злокачественных опухолей в легких и половых органах, нарушение твердости костей и зубов. У человека поражаются дыхательные пути, иногда желудочно-кишечный тракт, реже язва желудка. ПДК хлорида цинка – 1 мг/м2
.
Сульфат цинка или цинковый купорос (
ZnSO
4
· 7
H
2
O)
– раздражитель дыхательных путей животных, желудочно-кишечного тракта. Вызывает малокровие, задержку роста. У человека может развиться повышенная заболеваемость органов дыхания, пищеварения, кровообращения, кожи.
В промышленно развитых странах доля расходов на реализацию экологичных способов производства от стоимости конечной продукции 30 – 50 %. В нашей стране до сих пор экономика промышленного производства недостаточно учитывает или не учитывает совсем убытки от деградации природной среды, себестоимость продукции определяется без учета стоимости природы. Озон - защита всего живого
Озон — защита всего живого. Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от излучения Солнца, является озоносфера. Основная масса озона находится на высотах от 10 до 50 км, а его максимум — на 18—26 км. Всего в стратосфере содержится 3,3 триллиона тон озона. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Роль озона в сохранении биологической жизни на Земле исключительно велика. Молекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца как раз в той спектральной области, которая является наиболее разрушительной для биологических систем. Органические молекулы разрушаются УФ-излучением. Это относится также и к молекулам ДНК, отвечающим, как известно, за передачу наследственных признаков. Озоновый слой, словно щит, не только оберегает живое вещество от прямого разрушения, но и обеспечивает ход эволюции.
Если бы толщина озона уменьшилась, это нанесло бы непоправимый ущерб всем живым организмам. Полное исчезновение озонного слоя, несомненно, означало бы и исчезновение высших форм жизни. Что касается людей, то сейчас подсчитано, что даже небольшое снижение толщины слоя озона может увеличить заболеваемость раком кожи. Иное распределение озона по высоте существенно повлияет и на климат, так как изменится характер поглощения УФ-излучения озоном, а следовательно, и температура стратосферы.
Химические процессы в озоновом слое
Если бы все количество озона собрать при нормальном давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20° С, то толщина этого слоя составила бы всего 2,5—3 мм. Озон в стратосфере образуется и поддерживается в результате цикла реакций с участием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца (вначале происходит фотодиссоциация молекулярного кислорода, затем соединение атома с молекулой кислорода и образование молекулы озона О3). Столкновение озона с атомарным кислородом дает две молекулы кислорода. Но это слишком упрощенная схема, она не учитывает другие важные реакции расходования озона, к которым относятся водородный, азотный и хлорный циклы. Наличие соединений или молекул водорода, азота, хлора ведет к разрушению озона. В своих циклах эти соединения возвращаются к исходным формам. Они не расходуются в реакциях с озоном, а как бы выступают в роли катализаторов.
Озон в стратосфере постоянно рождается и гибнет, следовательно, его слой складывается из равновесного количества. А так как равновесие это подвижное, то толщина озонного слоя может меняться. Наблюдаются суточные, сезонные колебания содержания озона, а также циклы, связанные с многолетними изменениями солнечной активности. Наибольшее количество озона (46%) образуется в стратосфере тропического пояса, там максимум его плотности находится примерно на высоте 26 км от поверхности. В средних широтах он располагается ниже: зимой — на высоте 22 км, а летом — 24 км. В полярных районах высота максимума составляет всего 13—18 км, и здесь озон наиболее интенсивно переносится в нижние слои атмосферы.
Естественные источники хлора в атмосфере складываются главным образом из высыхающих капель морской воды и вулканических извержений. Большая часть хлора при этом в стратосферу не поступает, хлор вымывается дождями в нижней тропосфере. Однако крупные вулканические взрывы забрасывают продукты извержений, в том числе и хлор (его соединения), на высоту 20—30 км. Мощные вулканические взрывы нерегулярны, но они поставляют в стратосферу в среднем от 10 до 100 тыс.тон хлора в год.
Антропогенное воздействие на озоновый слой
Антропогенный источник хлора и других галогенов, также разрушающих озонный слой, сейчас намного больше естественного. Благодаря человеческой деятельности в атмосферу стали поступать такие вещества, как, например, метилхлорид, четыреххлористый углерод, хлорфторметаны, более широко известные под названием «фреоны», и некоторые другие соединения, содержащие атомы галогенов. С точки зрения последствий для озоносферы эти вещества обладают одним общим свойством. Они химически инертны и устойчивы в нижней атмосфере, не разлагаются солнечным светом в тропосфере, не окисляются, не вымываются осадками. Однако, распространяясь в атмосфере, они медленно проникают через слой тропопаузы и попадают в стратосферу. И здесь под действием жесткого излучения происходит разложение молекул, высвобождаются свободные атомы хлора и других галогенов.
Начиная с 70-х гг. все большее внимание стали привлекать к себе фреоны. Эти вещества получили широкое распространение в холодильных установках, для синтетических пенообразователей, в качестве пропеллентов в аэрозольных баллончиках, употребляемых в медицине, в бытовой химии, в лакокрасочной промышленности, в сельском хозяйстве, в косметике и т.д. Общее производство фреонов превышает 700 тыс.тон в год, и все это количество рано или поздно выделяется в атмосферу.
Расчеты показали, что все уже выброшенное в атмосферу количество хлорсодержащих соединений понизит толщину озонного слоя на несколько процентов. Но произойдет это через 30—50 лет. Сами реакции разложения озона протекают достаточно быстро, замедляет это явление диффузия веществ в слое тропосферы и их проникновение через тропопаузу в стратосферу.
Разработка малоотходных и безотходных технологий и методов комплексного использования отходов промышленности
Важность экономного и рационального использования природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производство которого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.
Вторичные материалы и ресурсы (ВМР) – отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами. К ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.
Побочные продукты и отходы – возможное сырье для других производств. Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты.
Классифицируются ВМР по следующим критериям:
1. По отраслям промышленности или откуда исходят отходы;
2. По технологическим процессам;
3. По видам ресурсов;
4. По степени и возможности использования;
5. По агрегатному состоянию.
В зависимости от возможности использования ВМР подразделяются [2]:
1.
Реально возможные к использованию, т.е. существуют эффективные условия переработки и использования;
2.
Потенциально возможные к использованию, ВМР, использование которых пока экономически и технически нецелесообразно.
По источникам своего появления существуют ВМР [2]:
1.
Отходы промышленного производства и строительства – остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, пригодные к использованию в качестве сырья, вспомогательных материалов или готовой продукции;
2.
Отходы сферы потребления:
1) Отходы средств производства, потерявшие непригодность для дальнейшего использования,
2) Отходы предметов потребления – изделия непригодные для использования по назначению, но потенциально годные как вторичное сырье,
3) Твердые бытовые отходы, образующиеся у населения в процессе жизнедеятельности и вряд ли имеющие пригодность;
3.
Отходы сферы обращения, т.е. материалы, пришедшие в негодность из-за неосторожной транспортировки, складирования и погрузки-разгрузки.
Кроме этого ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.
Малоотходные и безотходные технологии (МБТ), как правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых. Существует несколько основных направлений по осуществлению МБТ:
1) Создание и внедрение процессов комплексной переработке сырья без образования отходов;
2) Переработка всех видов отходов производства и потребления с получением товарной продукции;
3) Выпуск новых видов продукции с учетом требований ее повторного использования;
4) Применение замкнутых систем промышленного водоснабжения с использованием осадков очистных сооружений;
5) Организация безотходных территориально-промышленных комплексов и экономических регионов.
При этом необходимо соблюдать ряд условий:
1) Самоочевидное использование всех компонентов того или иного сырья, которые обычно не находят применения вследствие отсутствия необходимых производственных условий и навыков обработки, и причисляются к отходам;
2) Взаимосвязь с экологической обстановкой, в которой реализуются проекты (выбросы в атмосферу, водоемы, почву, отчуждение пахотных или пригодных для других целей земель под захоронение или складирование);
3) Возможность вовлеч
4) Применение одной или минимума прогрессивных операций в общей технологической цепи приводит к необходимости переводить всю технологическую систему на новый уровень;
5) Возможность получения новых материалов с необходимыми характеристиками;
6) Улучшение условий труда за счет сокращения процессов, сопровождаемых выделением вредных газов и пыли. Устранение вредных компонентов в качестве промежуточных продуктов и катализаторов.
Многостороннее и глубокое освоение безотходных производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства.
Металлургия
Переработка руд черных и цветных металлов, их обогащение, литье, прокат, металлообработка – источник потерь колоссального количества металлов.
Задача комплексного использования сырья в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы. Среди ценных компонентов руд черных металлов (Fe, Mn, Cr) встречаются W, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, редкие металлы. При обогащении и обработке руд большое количество отходов при соответствующей обработке может стать товарными продуктами. Часто в попутно извлекаемой породе (особенно при открытом способе добычи) содержатся многие нерудные полезные ископаемые, среди них: мел, пригодный для известкования почв и наполнителя при производстве красок; сланцы для изготовления щебня; глины и суглинки – сырье для фаянсовой промышленности и изготовления технической керамики, эмалей, цветного стекла; кварцевые пески для стекольной промышленности; мергель, являющийся сырьем для изготовления извести и цемента; граниты и гнейсы.
В доменной печи образуется за счет пустой породы руды и золы кокса шлаки, в состав которых входят CaO, SiO2
, FeO, MgO, Al2
O3
, CaS, MnS, FeS, TiO2
, соединения P, в зависимости от соотношения компонентов шлаки могут быть основные, нейтральные и кислые. При мартеновском способе основные шлаки способны удалять в процессе выплавки из металла примеси серы и фосфора.
Шлак – ценное сырье для строительной и дорожно-строительной отраслей. Шлаковый щебень в 1.5 – 2 раза дешевле природного, шлаковая пемза – втрое дешевле керамзита и требует меньше удельных затрат. Использование гранулированного шлака в цементной промышленности увеличивает выход цемента, снижает себестоимость и удельные затраты на его производство по сравнению с естественным сырьем – цементным клинкером. Применение шлаков при вторичной переработке металлов для раскисления стали, сокращает расход дефицитного ферросилиция. Допустимо даже применение металлургических шлаков в качестве абразивного материала для очистки днищ судов. Конвертерные шлаки могут использоваться в гидротехническом строительстве для обсыпки дамб вместо грунта.
Для доизвлечения железа из отходов применяется обратная флотация хвостов, прямая флотация руды, сухая магнитная сепарация, магнитно-флотационный способ.
Использование шламов уменьшает содержание железа в доменной шихте, снижает производительность доменных печей, увеличивает расход кокса.
Истощение богатых месторождений хромовых руд вызвало необходимость постоянно наращивать мощности по добыче и обогащению бедных руд или руд, недостаточно эффективно обогащаемых механическими методами. Для этого был разработан специальный процесс, предусматривающий прокалку на воздухе (630 – 750° С) дробленой руды (частицы менее 15 мм), измельчение пека (до 0.1 мм), приготовления водной суспензии, ее карбонатизация – так можно получить углеродистый феррохром вместо кондиционной руды и кварцита .
Во всех металлургических процессах образуется значительное количество пыли, которую необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды.
Для этого применимы системы сухого и мокрого пылеулавливания. Основная проблема при улавливании металлургической пыли – повышенное содержание цинка и свинца, которые нарушают процессы пылеулавливания и собственно выплавки.
В США Zn и Pb выделяются путем сбора пыли, содержащей кроме них железо, и последующего дробления так, что более мелкие частицы состоят в основном из соединений цинка и свинца, а более крупные в основном из Fe2
O3
, что основано на различной хрупкости упомянутых соединений. Кроме этого используется восстановительный обжиг окускованной пыли, возгонка с улавливанием конденсата, магнитная сепарация и флотация. В Германии для данных целей используются растворы серной, азотной или уксусной кислот, которые способны растворить почти весь Zn, но при малых его концентрациях раствориться может и железо. В Японии разделение Fe- и Zn-содержащих отходов обычной магнитной сепарацией. В Бельгии и Люксембурге цинк и свинец из Fe-содержащих отходов выделяются методом флотации и экстракции щелочными растворами.
Кроме оксидов железа, свинца и цинка пыль и шламы содержат оксиды Mn, Mg, Ca, Cr, Ni, Cd и других элементов, которые можно использовать.
Пыли и шламы ферросплавного производства, состоящие главным образом из аморфного диоксида кремния, пригодного для промышленного и жилищного строительства.
Особое место занимают установки улавливания SOX
и NOX
, т.к. этот процесс весьма затруднителен вследствие низких концентраций данных веществ.
Существует опыт использования шламов сероочистки после мокрой известковой обработки для мелиорации почв, что увеличивает содержание в почве кальция, магния, кремния и уменьшает количество алюминия, меди, цинка, мышьяка, марганца. Действие подобного рода удобрений не ослабевает в течение пяти лет и прибавляет урожай зерновых и кормовых культур на 25 – 30 % (4 – 5 т шлама на 1 га).
Нефелин – один из компонентов аппатито-нефелиновых руд, являющихся сырьем для химической промышленности, содержит, помимо фосфора, алюминий, натрий, калий, титан, железо, стронций, редкие металлы. Нефелин является альтернативой бокситам, сырью для алюминиевой промышленности и месторождения которых постоянно истощается. Из попутных продуктов, получающихся при переработке нефелиновых руд в глинозем, можно производить и уже производятся содовые продукты и цемент. Существуют два основных способа переработки нефелиновых руд:
Спекательно-щелочной способ.
Сущность метода заключается в высокотемпературном разложении нефелина в присутствии СаСО3
. При этом содержащиеся в нефелине глинозем щелочи образуют алюминаты Na и K, а кремнезем – дикальциевый силикат. Путем дальнейшей переработки получаемых продуктов обеспечивается получение глинозема, содо-поташного раствора, используемого для производства соды и поташи, и нефелинового шлама – сырья для производства цемента.
Гидрохимический способ
. Данный метод основан на автоклавном разложении нефелина концентрированным раствором едкой щелочи в присутствии извести. В результате образующиеся из алюминатов и силикатов щелочные алюмосиликаты остаются в осадке. Процесс оптимально протекает при 260 – 300° С и 3 МПа. Однако гидрохимический способ переработки нефелиносодержащего сырья требует большое количество щелочи, высокий расход тепла и повышенного водного баланса.
На пути к созданию экологичной и малоотходной металлургии зарубежными государствами был накоплен немалый опыт. В разных странах мира применяются различные методы утилизации и переработки отходов металлургии: в автодорожном и железнодорожном строительстве, в сельском хозяйстве в качестве удобрений, в строительной промышленности и других отраслях.
Несомненное лидерство в этом принадлежит Японии. При выплавке марганцевых сплавов образуется большое количество газов (700 м3
/г углеродистого ферромарганца), часть которого (СО2
) весьма эффективно (на 84 %) используется в качестве источника тепла сушки сырых материалов, что позволяет сэкономить до 16 млн. т в год мазута. Доменный газ применяется для производства метанола, этанола, этиленгликоля, этилена, пропилена, уксусной кислоты, коксовый газ – в производстве метанола и аммиака.
Ярким примером использования безотходной технологии в нашей стране может служить Пикалевский глиноземный комбинат.
Топливно-энергетический комплекс
ТЭК – один из крупнейших загрязнителей окружающей среды твердыми, жидкими и пылевидными отходами, т.к. сам процесс производства тепловой или электрической энергии подразумевает сжигание органического топлива с неизбежным образованием токсичных компонентов. Кроме этого с отходами добычи и обогащения топлива теряется большое его количество.
Существует классификация на основе литологического состава отходов добычи и обогащения углей:
· Глинистые (> 50 % глин);
· Песчаные (> 40 % песчаника и кварцита);
· Карбонатные (> 20 % карбонатов).
Кроме этого отходы различаются по физико-химическим и теплофизическим свойствам, по характеристике органического вещества и др.
Породы вскрыши, отличающиеся высоким содержанием минеральных веществ, могут быть использованы для энергетических целей после предварительного обогащения с получением кондиционного по зольности продукта. Породы вскрыши могут применяться как закладочный материал для рекультивации земель, а шахтные – для закладки шахтного пространства. Возможно применение даже без селективной обработки слагающих литологических разностей как сырье для производства пористых заполнителей для легких бетонов, керамических материалов, при строительстве дамб и других сооружений, кислотостойких мастик, в строительстве домов и дамб, в фильтровых установках.
Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв, разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации сельского хозяйства.
Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы, могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно использованы для сжигания и газификации. Возможно сжигание высокозольных отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях, в том числе на крупных, при этом уменьшаются выбросы SOX
и NOX
в окружающую среду. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за счет отходящих газов.
В результате гравитационной сепарации некоторых углей можно определить высокозольные фракции, в которых содержатся ряд микроэлементов (Ag, As, Cd, Mn, Mo, Ni, Pb и другие) в 1.3 – 1.4 раза выше, чем в исходных углях. Бóльшая часть микроэлементов может быть извлечена из продуктов термической обработки или обогащения твердого горючего.
С помощью биологических методов можно извлекать из углей и части угольных отходов пиритную и органическую серу, различные металлы (Mn, Ni, Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- и азотсодержащие соединения. Очистка угля может осуществляться за 6 суток на 93 % при применении термофильных бактерий и 18 суток мезофильными бактериями.
В связи с грядущим в ближайшие десятилетия истощением запасов угля, нефти, природного газа возникла потребность поиска менее дорогих, но технологически более простых в переработке и использование. Важнейшим, в связи с этим, источником для восполнения энергобаланса, производства чистых энергосистем и многих, остро необходимых стране продуктов становятся горючие сланцы. Из сланцев можно получить: мазут, автомобильный бензин, газ для бытовых нужд, жидкое синтетическое топливо.
Химический комплекс
Из всех видов минерального сырья особое место занимают агрохимические фосфорсодержащие руды, от которых в значительной мере зависит плодородие почв, а с учетом истощения богатого фосфором сырья важнейшей проблемой является эффективное использование полезных компонентов недр и руды.
Значение фосфора в природе крайне важно. Минеральный фосфор входит в состав костной ткани позвоночных и наружных скелетов ракообразных и моллюсков. Фосфор присутствует в мягких тканях растений и животных. Фосфорсодержащие органические соединения обеспечивает превращение химической энергии в механическую энергию мышечных тканей. Этот элемент входит в состав нуклеиновых кислот, регулирующих наследственность и развитие организмов.
Производство фосфорных минеральных удобрений – главная сфера применения фосфатного сырья. Более полная выемка попутных полезных компонентов из фосфоритов и апатитов путем флотации, т.е. использовать различную плотность материалов относительно плотности воды.
Один из важнейших попутных компонентов апатитовых руд – нефелин.
Еще один минерал, имеющий большое значение и содержащийся в апатитовых рудах, – сфен. В состав данного соединения входит титан (CaTiSiO4
(O,OH,F)), а диоксид титана – важный компонент при производстве лакокрасочных изделий. Перспективность сфена как сырья связана с большими запасами этого минерала в нашей стране (главным образом в Хибинах) и, с учетом комплексной переработки апатитовых руд, низкой себестоимостью содержащегося в них TiO2
.
В настоящее время существуют различные технологические системы и способы переработки сфенового концентрата: хлорная; азотнокислая; сернокислая; спекание с поваренной солью, кремнефторидом, сульфатом аммония. Однако наиболее приемлемой является сернокислая технология, когда как другие методы очень сложны и не получили промышленного развития.
В нашей стране и за рубежом проводятся работы по получению из горючих сланцев битумов, масляных антисептиков для древесины, ядохимикатов, серы, гипосульфита, бензола, лаков, клеев, дубителей, шлаковой ваты, матов для строительной индустрии, портландцемента и многого другого.
В химической промышленности также используются отходы производства диметилтереоргалата для синтеза алкидных полимеров. Отходы катализаторов производства мономеров используется в строительных лакокрасочных пигментах. Отходы гидроксилсодержащих соединений от производства ксилита идут на изгототовление простых и сложных олигоэфиров – компонентов лакокрасочных материалов, отходы производства меланина – ПАВ-диспергаторов. Катализаторы алкинирования бензола изготавливаются из аллюминесодержащих отходов кабельной промышленности. Отходы производства капролактама – компоненты смазочных материалов или пластифицирующие добавки к бетонным смесям. Из катализаторов нефтепереработки выделяются металлические компоненты: Mo(SO4
)3
, VO5
, тригидрит оксида алюминия, Ni-Mo концентрат и др. Возможно использование кислых гудронов для выработки из воды аммонийных солей, пригодных для использования, как в пресной воде, так и в морской. Кислые гудроны можно применять совместно с нефтяными шлаками в дорожном и коммунальном строительстве.
В Запорожье ужесточены штрафы для предприятий, загрязняющих окружающую среду
Депутаты местных советов Запорожской области Украины считают, что программа выхода области из экологического кризиса, разработанная в 2001 году, действует неэффективно, передает корреспондент ИА REGNUM. Эта проблема обсуждалась 30 августа на расширенном заседании экологических комиссий, куда приглашены также представители крупных промышленных предприятий областного центра.
В первую очередь заслушали отчёты запорожских промышленных предприятий о выполнении программы выхода из экологического кризиса. Оказалось, что многие не укладываются в сроки, обозначенные программой, и выступили с просьбой перенести их. С таким предложением депутаты категорически не согласились. По их мнению, перенос сроков лишь усугубит экологическую проблему.
Губернатор Запорожской области Евгений Червоненко потребовал ужесточить штрафы к заводам - загрязнителям. "Депутатскому корпусу необходимо проанализировать состояние выполнения программы. И прошу ужесточить контроль, как губернатор. Прекратить пагубную практику переноса сроков выполнения программы. Мы себя не уважаем ни как депутаты, ни как граждане", - отметил Червоненко.
Программа выхода Запорожской области из экологического кризиса действует 5 лет, за этот срок количество выбросов удалось уменьшить лишь на 10% от плановых показателей. Между тем депутаты считают, что основная цель программы не столько наказать предприятия-загрязнители за невыполнение программы, сколько добиться справедливости при распределении средств центральной властью Украины для реального решения экологических проблем региона.
"Если цель наказать предприятия, которые по разным причинам не выполнили мероприятия - это один вопрос. Можно считать, что цель достигнута. Если говорить о решении экологических проблем, то я бы здесь не отдавал всё на плечи предприятий. Надо начинать с того, как сегодня распределяются платежи. То есть 65% у Киева есть, 25% у области и только 10% у города. Вот, наверное, с этого нужно начинать", - так прокомментировал корреспонденту ИА REGNUM свое видение ситуации депутат Запорожского областного совета член комиссии по экологии Александр Путноки.
Депутат считает, что регионы с такой техногенной нагрузкой, как в Запорожье, должны пользоваться отдельными приоритетами со стороны государства. А на местном уровне нужно идти на встречу только тем предприятиям, которые, действительно, прилагают максимум усилий и средств для решения экологических проблем.
Киотский договор
Важнейший из срезов решения природоохранных проблем - их финансирование. Где же взять деньги для реализации наболевших экологических вопросов? Предлагаем вашему вниманию одну из идей.
Оказавшись перед угрозой разрушения окружающей природной среды (воздушной и водной) из-за варварского к ней отношения людей, экологи сотен стран заключили в 1997 году в японском городе Киото международный договор о совместном бережном отношении к общемировой собственности - матушке-природе. В подписанном документе, который был назван Киотским протоколом, изложены общеобязательные мероприятия по уменьшению выбросов парниковых газов, ежегодная подотчетность каждой из стран и условия наказания за невыполнение обязательств.
Впервые в мировой практике также разработан рыночный механизм торговли чистым воздухом, состоящий в том, что страны с низким уровнем выбросов могут "продавать" его тем, кто загрязняет природу свыше установленных ограничений. Эксперты считают, что финансовый потенциал нового атмосферного рынка - 10-15 миллиардов долларов США.
Примкнула в прошлом году к реализации Киотского договора и Украина, которая, несмотря на множество экологических проблем, оказалась в выигрышной ситуации. Базовым в части загрязнения в этом документе принят 1990-й год - время начала в нашей стране длительного экономического кризиса, значительного спада производства на многих промышленных предприятиях. С другой стороны, в отличие от Германии или Японии в Украине немало сельскохозяйственных регионов и там нет выбросов в атмосферу парниковых газов.
То есть в целом получается "экономия" на выбросах парниковых газов. Продавая квоты на них и привлекая затем инвестиции на модернизацию объектов-загрязнителей атмосферы, можем рассчитывать получить из международного кошелька не менее двух миллиардов долларов. Эти средства станут отмычкой к новейшим технологиям и кроме стимулирования экономики позволят значительно очистить природную среду Украины.
Словом, благодаря инициативе международного сообщества наша страна получила уникальную возможность участвовать в создании принципиально нового сегмента мирового рынка и иметь выгоду от этого. В том числе в решении глобальных природоохранных проблем. Но чтобы преодолеть путь к свету, видному в конце тоннеля, при добром здоровье и оставить его нашим детям, следует создать надлежащие условия. Одно из них - неотложное введение экологического коэффициента: + 25 процентов к пенсиям, зарплатам и другим социальным выплатам.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов промышленности по-прежнему не ведется на должном уровне.
Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.
Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу.
Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным направлениям:
· Технологическое
– повышение экологической безопасности производства;
· Экозащитное
– стабилизация и изоляция опасных отходов от природной среды.
Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов – длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.
Есть ли выход из создавшейся ситуации? Да, пока еще есть. Необходимо научиться понимать законы природы и считаться с ними. В природе нет ничего беспредельного, все целесообразно и взаимосвязано.
Установка очистных приборов, газо- и пыле- уловителей очень дорогостоящая, не все заводы могут позволить себе их приобрести, или найти средства на реконструкцию действующих установок. Следует шире внедрять малоотходные и безотходные технологии, использовать экологически-чистые виды топлива, на автомобильном транспорте важно улучшать качество топлива и двигателей, шире применять дизельные двигатели и др. На многих предприятиях тем или иным методом улавливается до 90% пыли и газов.
Благоприятное влияние на экологическую обстановку Запорожья оказывает обилие зеленых насаждений и водных пространств. В городе расположены 11 парков — памятников садово-паркового искусства, заказник "Днепровские пороги", много скверов. В зеленый наряд одеты бульвары, улицы, набережные. В целом площадь зеленых насаждений, включая прилегающие к городу зеленые массивы, составляет до 60% общей территории города. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
http://dencef.iatp.org.ua/
http://regnum.ru/
http://www.ecoportal.org.ua
Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
Подземные ядерные взрывы… для улучшения экологической обстановки. ВасильевА.П., Приходько Н.К., Симоненко В.А. // Природа, 1991, №2.
Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов. М.: Минздрав СССР, 1985.
Управление процессами обработки производственных отходов. М. 1991.
Фролов К.И., Шайдуров В.С. Химическая и технологическая защиты окружающей среды. Л., ГИПХ, 1980.
Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в качестве сырья для промышленности // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
Шпирт М.Л. Безотходные технологии. Утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. М., Недра, 1986.