Основные направления охраны окружающей среды и рационального природопользования

Первое направление ("пассивный" метод защиты окружающей среды) — комплекс мероприятий по ограничению вредных выб­росов и отходов производства с последующей утилизацией отходов (очистка сточных вод от примесей, очистка газовых выбросов от вредных веществ, рассеивание вредных выбросов в атмосфере, захоронение токсичных и радиоактивных отхо­дов).

Второе направление разработка таких технологических процессов, которые обеспечивают безотходное производство. Основные этапы разработки безотходной технологии: разра­ботка способов и оборудования для переработки всех отхо-

 

до» производства (включая уходящие газы и пыль); разра­ботка технологий, обеспечивающих использование водообо-ротного цикла, отсутствие сточных вод; создание террито­риально-производственных комплексов (ТПК), имеющих замк­нутую структуру материальных истоков сырья, полупродуктов и отходов внутри ТПК.

В металлургии в настоящее время реализуется третье на­правление: разработка малоотходных технологий. Под мало­отходным производством часто понимают производство, в ре­зультате которого вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными нормами, но определенная часть отходов все же имеет место (соответст­венно, имеются отвалы, захоронения отходов и т.п.).

К решению этих проблем можно идти разными путями:

а) восстановление экологического равновесия (строи­
тельство природоохранных объектов, создание и использова­
ние высокоэффективных газоводоочистных сооружений и др.);

б) предупреждение нарушения экологического равновесия
путем рационального природопользования (рациональные, на-
учнообоснованные масштабы тех или иных производств и их
структур, создание и использование малоотходных и безот­
ходных технологий, обеспечивающих охрану природы на более
высоком качественном уровне);

в) предупреждение будущих нарушений и восстановление
нарушенного.

ОХРАНА ПРИРОДЫ И МЕТАЛЛУРГИЯ.

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

В НАШЕЙ СТРАНЕ

Человечеством потребляются миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, биомассы, атмосферного кислорода, а в готовый продукт переходит малая часть (около одного процента) затраченных природных ресурсов.

Ежегодно промышленные предприятия и транспорт выбрасы­вают в атмосферу около 1 млрд.т аэрозолей и газов (в том числе угарный газ, сернистый ангидрид, оксиды азота), приблизительно столько же сажи; в водоемы поступает свыше 500 млрд.т промышленных и бытовых стоков. Из природной среды ежегодно извлекается около 40 млрд.т разных матери­алов и продуктов. За счет сжигания топлива связывается

около 20 млрд. т свободного кислорода атмосферного возду­ха. Количество воды, забираемой из источников, оценива­ется по различным данным в 550—600 млрд. т. Беда в том, что отходы и выбросы не только истощают запасы невозоб-новляемых природных ресурсов нашей планеты, но и оказыва­ют вредное, а иногда и смертельное влияние на расти­тельность, животный мир и на условия жизни человека.

Одной из отраслей, к деятельности которой в этом плане человечество предъявляет серьезные претензии, является металлургия. Так, металлургический завод полного цикла, производящий 10 млн.т стали в год до введения строгих мер контроля выбрасывал ежегодно в атмосферу более 200тыс.т пыли, 50 тыс.т соединений серы, 250 тыс.т оксида углеро­да, оксида азота и других веществ.

Предприятия цветной металлургии нашей страны до введе­ния строгих мер контроля выбрасывали ежегодно около 6 млн. т вредных веществ, в водоемы сбрасывалось около 500 млн.м³ загрязненных сточных вод.

Выбросы пыли в 2—5 раз превышают показатели передовых промышленных стран, энергоемкость готовой продукции выше на 10-20%.

По степени ущерба, наносимого окружающей среде, метал­лургия в нашей стране занимает второе место среди отрас­лей промышленности после топливно-энергетического комп­лекса, отличаясь высокой ресурсоемкостью и, как следствие большими отходами.

Сегодня в металлургии более целесообразно применять процессы, менее загрязняющие окружающую среду, чем конт­ролировать, с большими затратами, уровень загрязнений традиционных процессов и вести борьбу с этими загрязне­ниями.

Учитывая все сказанное, становится понятным, что инже­неры-технологи, разрабатывающие тот или иной технологи­ческий процесс, и конструкторы, создающие новое оборудо­вание, стремятся прежде всего исключить (или по возмож­ности уменьшить) образование отходов и загрязняющих при­роду веществ. Если это не удается (в большиинстве случаев пока это не удается), организуют улавливание всех загряз­няющих веществ, рациональное использование (утилизацию) образующихся отходов. При этом учитывается, что отходы часто содержат ряд ценных компонентов, а также значитель-

 

ное количество тепла. В принципе современная металлурги­ческая технология обеспечивает полную утилизацию тепла и производственных отходов и охрану от загрязнения ими ок­ружающей среды.

Инженерные разработки, связанные с созданием безотход­ных и малоотходных технологий, ведутся во всем мире. Воз­никла новая подотрасль, разрабатывающая, изготавливающая оборудование, обеспечивающая охрану природы и полное ис­пользование и утилизацию отходов. Подлежащие очистке по­токи горячих отходящих газов от металлургических агрега­тов несут в себе большое количество энергии, и улавлива­ние загрязняющих веществ из газовых выбросов сочетается с использованием их химической энергии, физического тепла, а в некоторых случаях и их механической энергии. Ценные составляющие имеются в отвальных шлаках, в плавильной пыли.

Желание максимально использовать все ценное, что со­держится в отходах металлургического производства, за­ставляет повышать требования к оборудованию по очистке газа, переработке шлаков и пыли, что связано с увеличени­ем затрат, однако в целом это оказывается экономически выгодным и приближает индустрию, связанную с охраной ок­ружающей среды в металлургии, к самоокупаемости.

Исторически получилось так, что структура производства металлов в России сегодня заметно отличается от таковой в других промышленноразвитых странах мира. С экологической точки зрения сегодня эта структура не может быть признана рациональной. Сложившаяся структура является следствием экстенсивного развития металлургии и некоторых других факторов. В целом это приводит к большим отходам не толь­ко в самой металлургии, но и металлопотребляющих отрас­лях.

Приведем пример из области черной металлургии. Внутри отрасли значительная доля затрат приходится на добычу руд, нерудных материалов, обогащение, производство кокса, ферросплавов, огнеупоров. Наша промышленность еще не ус­пела перейти от традиционной, сложившейся десятилетиями технологии, к современной, основанной на замене разливки стали в изложницы непрерывной разливкой, на широком ис­пользовании листового проката (с последующей штамповкой, сваркой и т.д. и соответствующим уменьшением масштабов

использования металлообрабатывающих станков с образовани­ем миллионов тонн стружки), на широком использовании ме­тодов внепечной обработки с целью получения металла высо­кой степени чистоты и качества.

В результате эффективно используется лишь небольшая доля выплавляемой стали. Условно можно сказать, что мы производим "излишнее" количество стали, соответственно добываем "излишнее" количество руды, коксующегося угля, имеем "излишнее" количество аглофабрик, доменных печей, заводов для производства огнеупорных материалов, т.е. производств с экологической точки зрения весьма неприят­ных (см. раздел "Внепечная обработка и экология").

ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

Значительная доля сил и средств, расходуемых на защиту окружающей среды, связана с защитой воздушного бассейна.

Защита воздушного бассейна осуществляется по следующим основным направ­лениям:

1) защита от так называемых "организованных" видимых загрязнений и вы­бросов в виде отходящих (из агрегата) газов и находящихся в их составе пы­ли, копоти, дыма через трубу или газоотсасывающие устройства;

2) борьба с так называемыми "неорганизованными" загрязнениями, выделя­емыми в атмосферу в процессе перевозки, перемещения, складирования сыпучих материалов и металлошихты, а также в процессе транспортировки и перелива жидких чугуна, шлака, стали, ферросплавов и лигатуры;

3) борьба с невидимыми загрязнениями токсического характера (которые иногда оказываются более вредными чем видимые).

Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии составляют 10—15 % от общих выбросов промышленности в целом по стране. В этих выбросах содержится пыль, S0₂, CO, СС"₂, NO_x, H₂S, фенолы, сероуглероды, бензопирены. Наибольшее количество S0₂ содержится в выбросах аглофабрик, энергетических установок, цехов и участков, связанных с производством чугуна. При производстве цвет­ных металлов в атмосферу выбрасывается SO_z, СО, СО_г, пыль, оксиды различных металлов (особенно свинец, медь, никель). Производство алюминия электроли­зным методом сопровождается выбросами в атмосферу фтористых соединений и оксида углерода.

В нашей стране наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах осуществляются в соответствии с Государственными стан­дартами. Существуют определенные правила, касающиеся методики отбора проб воздуха, условий их хранения, проведения анализов, обобщения данных наблю­дений и т.д. Все эти вопросы строго регламентированы, имеются соответствую­щие руководства и справочники.

Пыль, выделяющаяся из плавильных агрегатов, обычно называют плавильной пылью, а газы вместе с пылью — "выбросами" (иногда — "пылегазовыми потока­ми").

Система отвода газов от плавильных агрегатов включает в себя:

1) газоотводящие тракты;

2) котлы-утилизаторы. Котлы-утилизаторы используют физическое тепло на­гретых газов для получения пара, который затем используют для производс­твенных или бытовых нужд. Это называется использованием тепловых вторичных

 

энергетических ресурсов (ВЭР). В процессе прохождения через котлы-утилизаторы газы охлаждаются, что обеспечивает проведение последующей опе­рации — улавливание пыли. При охлаждении объем газов уменьшается;

3) пылеулавливающие устройства (газоочистки);

4) устройства для эвакуации газов. Гидравлическое сопротивление газоот-
водящих трактов высоко, поэтому для протягивания через газоочистные аппара­
ты и для выброса охлажденных и очищенных от пыли газов необходимы дополни­
тельные устройства. В качестве тяговых устройств для эвакуации дымовых га­
зов применяют дымовые трубы и дымососы (эксгаустеры).

Наиболее часто используют пылеуловители следующих типов:

а) инерционные;

б) ударного действия;

в) использующие метод электростатического осаждения.

Весьма распространено и другое деление способов очистки газов: сухой и мокрый. Сухие газоочистки (электрофильтры, рукавные фильтры) по принципу действия иногда делят на гравитационные, инерционные и пористые фильтры.

Для улавливания неорганизованных выбросов успешно применяют зонты. Зонты засасывают много воздуха — это недостаток, но они почти не нуждаются в ухо­де и не мешают обслуживающему персоналу.

ОХРАНА ВОДНОГО БАССЕЙНА

Металлургия наряду с химией одна из наиболее водопотребляющих отраслей про­мышленности. Например, чтобы получить 1 т стали, необходимо (с. учетом опе­раций по добыче руды, чугуна и т.д.) израсходовать более 260 м³ воды. Для уменьшения этих больших расходов требуется новая техника.

Новая техника в области использования водных ресурсов может быть, с не­которой степенью условности, подразделена на три сферы применения:

1) новая техника в сфере привлечения для водообеспечения нетрадиционных источников (обессоленных морских, шахтных и подземных минерализованных вод, деминерализованных коллекторно-дренажных вод, доочищенных коммунальных, промышленных и животноводческих стоков);

2) создание высокоэффективных регенерирующих, очистных и охлаждающих ус­тройств для широкого внедрения оборотных, замкнутых и бессточных систем во­доснабжения, снижающих потребление свежей воды, в конечном итоге исключаю­щих загрязнения водоемов;

3) создание и внедрение водосберегающих технологий.

Кроме расхода воды на чисто технологические цели приходится учитывать также и промышленные стоки. Поверхностный сток с территории металлургичес­ких предприятий в основном загрязнен взвешенными веществами и нефтепродук­тами. До недавнего времени поверхностный сток с застроенных территорий от­носили к категории "условно чистых" вод. Однако при повышении требований к качеству сбрасываемых вод дождевые и талые воды не подлежат сбросу без предварительной очистки.

УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАКОВ

Металлургия — одна из отраслей промышленности, потребляющая огромное коли­чество материалов, по массе своей значительно превышающих массу готового продукта. В числе отходов металлургического производства особое место зани­мают шлаки. Количество образующихся шлаков весьма велико.

На определенном этапе развития металлургии основная масса образующихся шлаков шла в отвалы, что вызывало отрицательное воздействие на окружающую

Эксгаустер — от английского exhaust — высасывать, вытягивать.

среду: значительные площади занимали шлаковые отвалы (отторжение сельско­хозяйственных угодий) имело место загрязнение почвы, воздушного и водного бассейнов. Для работы на шлаковых отвалах создавалась сеть железнодорожных путей с соответствующей зоной отчуждения, для их обслуживания задалживалось большое число локомотивов и т.д.

Металлургические шлаки (также как шламы и пыль, уловленная при очистке отходящих из металлургических агрегатов газов) содержат ряд компонентов, которые могут быть эффективно использованы. Поэтому шлакопереработка и ути­лизация металлургических шлаков получила в мире широкое распространение, и сегодня на металлургических заводах не толко утилизируются все образующиеся шлаки, но и постепенно разрабатываются старые шлаковые отвалы. В шлаковых отвалах нашей страны еще хранятся сотни миллионов тонн шлака, отвалы зани­мают значительные площади. Переработка и использование шлаков (и уловленной плавильной пыли) в настоящее время представляет собой самостоятельную по­дотрасль металлургического производства. Из шлаков извлекают металл, полу­чают щебень для дорожного и промышленного строительства, шлаки используют как удобрения (шлаковая мука), используют как сырье для получения бетонов, шлаковой пемзы, минеральной ваты и др.