Металлургические предприятия и экология

Количество  образующегося доменного газа составляет 3880 м куб./т влажного кокса, или 4000 м куб./т сухого кокса, или 2000-2500 м куб. на 1 т чугуна.

Удельные технологические  выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100;СО-640; О₂ - 0.08-0.45.

 

Таблица 1.2 - Примерный состав колошникового газа:

Компоненты	СО2	CO	CH4	H2	O2 + N2
При работе без повышения  и комбинированного дутья	11,2%	31,2%	0,21%	2,99%	55,1%
При работе с повышением давления и комбинированным дутьем	11,3%	29%	0,2%	4,3%	55,2%

 

Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300-350 градусов Цельсия.

Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при  подаче шихты на большой конус  загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу.

Запыленность газа во время выхлопа составляет 250-700 г/м куб. Удельный выброс пыли достигает 4 кг на 1 т чугуна при основном режиме работы печи. кроме того, пылевыделение происходит при каждом ссыпании скипа в приемную воронку. Для печей вместимостью 930-2700 м куб. выбросы пыли и оксида углерода (2) составляют соответственно 0.17-0.60 и 5-19 т/сут.

Химический  состав пыли изменяется в широких  пределах. Например, при выплавке передельного чугуна и работе с повышенным давлением  на колошнике печи пыль содержит, %: SiO₂- 14.6; MgO- 4.35; Al₂O₃- 4.35; CaO- 11.85; S- 0.74; MnO- 3.75, остальное - оксиды железа.

Дисперсный  состав пыли также зависит от многих факторов и может колебаться в  широких пределах (таблица 1.3)

 

Таблица 1.3 - Дисперсный состав пыли

Размер частицы, мкм	200	200-100	100-60	60-20	20-10	10-1
Массовая доля. %	34,5%	12,3%	19%	25%	7,5%	1,7%

 

Радикальным решением, почти  полностью исключающим выбросы  пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство в момент открытия большого конуса газа под давлением, несколько превышающим давление в печи. При этих условиях запыленный газ из печи вообще не поступает в межконусное пространство, и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. Недостатком этого способа предотвращения выбросов пыли и СО из межконусного пространства печи являются дополнительные энергозатрары, связанные со сжиганием газа, подаваемого в засыпное устройство печи.

Кроме колошникового устройства доменной печи, источником загрязнения атмосферы доменного цеха являются рудный и литейный дворы.

На рудном дворе  пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды, подаче руды на бункерную  эстакаду и т. п. Удельное выделение  пыли на рудном дворе ориентировочно принимают равным 50 кг на 1 т чугуна, а на бункерной эстакаде - 20 кг на 1 т чугуна. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде колеблется от 17 до 1000 мг/м куб.

В доменных цехах  существует две системы подачи сырых  материалов на колошник доменной печи: скиповая, применявшаяся в старых печах, и конвейерная, применяемая в новых печах, значительно снижающая пылевыделение.

Наибольшее  количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон-весы. Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений достигает 500 мг/м куб., в связи с чем на многих заводах кабину машиниста вагон-весов приходится герметизировать. В подбункерных помещениях, оборудованных конвейерами, аспирационной системой отсасывается около 2.5 кг пыли на каждую тонну чугуна. После очистки в атмосферу выбрасывается в среднем около 90 г пыли на 1 т чугуна.

На литейном дворе пыль и газы выделяются в  основном от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Удельные выходы вредных веществ на 1 т чугуна составляют: 400-700 г пыли, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO₂. Максимальное количество пыли и газов выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль и газы удаляются частично через фонари литейного двора (около 160 г пыли на 1 т чугуна), частично с помощью аспирационных систем с очисткой пыли перед выбросом в атмосферу преимущественно в групповых циклонах.

Средняя концентрация пыли в период выпуска составляет 150-1500 мг/м куб.; максимальная концентрация наблюдается над главным желобом  и ковшом для чугуна.

Средняя концентрация СО составляет, мг/м куб.: у чугунной летки - 22...1250; у шлаковой летки - 11...680; на уровне фурм - 15...884; у кольцевого воздухопровода - 11...5000.

Содержание  СО на рабочих местах в период выпуска  чугуна составляет 125-250 мг/м куб. Наибольшая концентрация наблюдается в момент выпуска чугуна и шлака у леток и поворотных желобов.

При выпуске  горячего шлака из домны сера реагирует  с кислородом воздуха с образованием SO₂. Этот газ выделяется от шлаковых леток, желобов и шлаководов; средняя концентрация SО₂ на этих участках в период выпуска шлака достигает 30мг/м куб.

Выпущенные  из печи продукты плавки направляются на дальнейшую переработку: чугун - на разливку в чушки на разливочной  машине, шлак - на грануляцию, доменный газ - на очистку.

При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяется пыль и СО. Аспирация и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяется в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.

В последнее  время все газовые выбросы  литейного двора крупных печей стремятся объединять и направлять их на очистку в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн м куб./ч. Чтобы уменьшить его, все системы отсоса газа от источников пылегазовыделений снабжают дроссельными клапанами, позволяющими по мере надобности дистанционно включать необходимое в данный момент укрытие (зонт).

1.3 Фотохимический  туман (смог)

 

Фотохимический туман  представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

Такие условия создаются чаще в  июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной  ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью.

По своему физиологическому воздействию  на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

 

2. Химическое загрязнение гидросферы

2.1 Неорганическое  загрязнение

 

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы).

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице 2.1.:

 

Таблица 2.1 – Распространенные загрязнители гидросферы.

Вещество	Планктон	Ракообразные	Моллюски	Рыбы
1. Медь	+++	+++	+++	+++
2. Цинк	+	++	++	++
3. Свинец	-	+	+	+++
4. Ртуть	++++	+++	+++	+++
5. Кадмий	-	++	++	++++
6. Хлор	-	+++	++	+++
7. Роданид	-	++	+	++++
8. Цианид	-	+++	++	++++
9. Фтор	-	-	+	++
10. Сульфид	-	++	+	+++

 

Степень токсичности (примечание):

- - отсутствует

+ - очень слабая

++ - слабая

+++ - сильная

++++ - очень сильная

 

Кроме перечисленных в таблице  веществ, к опасным заразителям  водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. [1]

2.2 Тяжелые металлы

 

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в металлургическом производстве, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Свинец – типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20-30) т. свинца в год.

2.3 Нефть и нефтепродукты

 

Нефть представляет собой  вязкую маслянистую жидкость, имеющую  темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит  преимущественно из насыщенных алифатических  и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины - (30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).