Литосфера

АТМОСФЕРА

тт

<; ей' ы © о о% си, 1-н

75 т пыль

сернистый окислы о^с! "й""' 3 ООО Гкал тепло ангидрид азота углерода (пар)

Теплые воды 18 ООО м^: (утечки) 3000 Гк;

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИИ ЗАВОД

\ \ П II/ /у

Твердые материалы \ (руда, известняк, 13 000т. угли и др.) /

Тепло

Шламы

320 т

—1—г Шлаки 1100 т

1 I Тепло 3000 Гкал

А

28 ООО Гкал

Свежая вода 48 ООО м^:

7 Г

Зола 320 т

О

Рис. 14. Функциональная схема завода черной металлургии полного цикла мощностью 1 млн т стали в год (среднесуточные показатели) и каналы связи с природной средойт (по В. Н. Калуцкову, 1992)

ний сточные воды характеризуются значительным превышением са-| нитарных показателей.

Рассмотрим прежде всего экологически значимые характеристики* стоков. В водоемы поступают теплые воды с превышением естествен­ной температуры в зимнее время в местах сброса на 15—20° (до 25°)? Летом «ножницы» температур обычно меньше. Как следствие, созда­ются экологические условия, аналогичные прудам-охладителям теп­лоэлектростанций, где перестройка водных систем достигает уровня* природной зоны. Стоки характеризуются высоким содержанием взве­шенных веществ, в среднем на порядок превышающим фоновые па­раметры. В местах сброса сточных вод значения рН достигают 8—9, причем стоки ряда производств представляют собой сильнотоксичные' щелочи (рН 12—13). Экологически неблагоприятны высокие концент­рации эфирорастворимых веществ (превышение ПДК достигает двух порядков), фенолов и роданидов. Интересно отметить, что содержа­ние подвижного (двухвалентного) железа в сточных водах находится почти в пределах нормы, что, вероятно, связано с неблагоприятны­ми условиями миграции железа.

Наиболее опасны для природы залповые сбросы сточных вод, кото­рые связаны с недоучетом ливневых осадков, способных вызвать пе­реполнение очистных сооружений, шламонакопителей. Другой источ­ник залповых сбросов — промливневая канализация, сточные воды которой на ряде заводов непосредственно поступают в гидросеть.

Центры черной металлургии выделяются высоким уровнем загряз­нения воздушного бассейна. Крупный металлургический завод ежесу­точно выбрасывает сотни тонн пыли, сернистого ангидрида, окислов
азота, окиси углерода (см. рис. 14). К менее массовым, но более ток­сичным относятся выбросы хлора, фтора, мышьяка, фенолов, раз­личных канцерогенных веществ, однако концентрации этих веществ превышают предельно допустимые, как правило, только на промпло- щадке. Выбросы марганца, меди, никеля, цинка, хрома, свинца срав­нительно невелики. Несмотря на это, уровень загрязнения тяжелыми металлами на заводах, производящих легированные стали, возраста­ет, приближаясь к цветной металлургии.

Выбросы в атмосферу подразделяются на организованные и неор­ганизованные. Организованные выбросы в атмосферу осуществляются через трубы и аспирационные установки. Неорганизованные выбро­сы — выбросы, не попавшие в систему пыле-газоулавливания и выде­ляющиеся вспомогательными технологическими переделами (участ­ками измельчения, транспортировки, складирования материалов и технологическими проемами агрегатов).

Организованные выбросы относятся к горячим (t° — 150—200°С) и поступают в атмосферу из труб от 100 до 250 м. Пылевые выбросы доминируют над газообразными соединениями серы и азота в соот­ношении 3:1. Дисперсный состав пыли определяется производством. Пыль коксохимического, доменного и прокатного производств крупнодисперсная и осаждается вблизи от источника воздействия. Мартеновское и электросталеплавильное производства поставляют в атмосферу мелкодисперсные выбросы, распространяющиеся на де­сятки километров, доли мелко- и крупнодисперсных частиц в выб­росах агломерационных и конверторных производств равны, поэтому их воздействие осуществляется как вблизи производства, так и на удалении от него.

Неорганизованные выбросы полидисперсны и политемпературны. Они поступают в атмосферу с небольшой высоты, слабо рассеиваются. Не­организованные выбросы «ответственны» за загрязнение атмосферы вблизи металлургических переделов. Крупный металлургический ком­бинат полного цикла мощностью 6—7 млн т стали в год, с двумястами высокими и низкими трубами имеет десятки источников неорганизо­ванных выбросов в атмосферу. Эти выбросы в силу их 50—100-кратного разбавления воздухом не могут быть подвергнуты очистке. Сократить неорганизованные выбросы можно только путем совершенствования технологий.

Химический состав пыли и газов в черной металлургии следую­щий: пыль на 50—70% состоит из железа и его соединений, на 1—20% из соединений кальция и магния, содержит алюминий, калий, титан в виде окислов, сульфидов, карбонатов, фосфатов и силикатов. Мик­роэлементов в выбросах немного. Так, пыль агломерационного, мар­теновского и доменного цехов лишь на 0,3—0,9% состоит из окислов марганца, а выбросы мартеновского цеха содержат до 0,6% Сг₂0₃ и до 2% ZnO, доля остальных микроэлементов значительно ниже.

| Таким образом, тип воздействия черной металлургии на пр 1" родную среду определяется структурой выбросов: газообразна '< «* пылевых, способствующих подщелачиванию почв и природн^- вод. При преобладании пылевых выбросов выделяют щелочи тип и кислый, при ведущей роли газообразных выбросов — не тральный. Для щелочного типа воздействий характерны выс кие значения рН почв и вод, повышенное содержание в н железа и кальция. К кислому типу воздействия относятся зав" ды, перерабатывающие сырье с высоким содержанием сер В целом черной металлургии присущ щелочной тип воздейств " с преобладанием макроэлементов в техногенных потоках.

Сфера воздействия металлургических производств ограничивав: ся территориями с интенсивным поступлением техногенных выбр сов в природную среду. Интегральный показатель интенсивности во" действия — поступление выбросов в единицу времени на едини" площади, чаще всего он рассчитывается т/км² в год. При выявлени сферы воздействия используют биотестирование, биологическую ш дикацию, приемы ландшафтной индикации загрязнения природно среды.

Ограничение сферы воздействия производят по одному или не скольким элементам ландшафта, например, снежному покрову, п" чвам, торфу, мхам и лишайникам, эпифитной растительности и т. Биологические индикаторы воздействия работают даже при низко его интенсивности, основные требования к ним — способность отра"" жать (фиксировать) воздействие и сохранять в «памяти» с минималь ной трансформацией во времени, т.е. аккумулировать в себе техноге: ную информацию. Ландшафтная индикация загрязнения природно' среды по сравнению с биотестированием и компонентной индикаци­ей более сложный вид исследований, так как требует не только выяв-f ления компонентов индикаторов воздействия, но и поисков показа, телей нарушенности связи в ландшафтах. Суть ее состоит в том, чт по состоянию ландшафта и его морфоструктуры устанавливают ypo-i вень загрязнения, при этом возможны и обратные построения.

Структура сферы техногенного воздействия (количество, выражен­ность, геометрия зон) зависит от совместимости техногенных и при-j родных потоков веществ, от величины и токсичности техногенных потоков, продолжительности воздействия и устойчивости ландшаф­тов к данному типу техногенеза. В пределах сферы выделяют зоны —" ареалы действия определенного канала воздействия подвижного ком-, понента и ареалы преобразованного компонента или элемента ланд­шафта. Для сферы воздействия металлургических центров с преобла­данием воздушного канала связи характерны полные и не полные. К первым относят сферы, состоящие из трех зон: геоматического, биотического и геохимического воздействия. В неполных сферах чаще всего представлены одна или две последние зоны (рис. 15).

Природная зона	Тип геохимического воздействия
кислый	щелочной	нейтральный

Лесная

Традиционная Традиционная технология технология

Лесостепная

Традиционная Электрометал- технология лургия

i-11-20-ЗВ-4

Рис. 15. Типы структур сфер воздействия традиционных металлургичес­ких производств и электрометаллургии: 1 — источник выбросов; 2 — зона геоматического воздействия; 3 — зона биотичес­кого воздействия; 4 — зона геохимического воздействия

Зона геохимического воздействия металлургических производств может составлять несколько тысяч квадратных километров; интенсив­ные поступления выбросов вызывают превышение фоновых концент­раций в компонентах и элементах ландшафтов (воздухе, воде, снеге, почве, торфе и т.д.).

Зона биотического воздействия выделяется при фиксировании из­менений в биотических элементах ландшафтов, вызванных геохими­ческим воздействием, это прежде всего уменьшение видового разно­образия в ярусах растительности, почвенной фауне и т.д. Так как на­рушение или выпадение элементов биоты связано с накоплением ингредиентов выбросов в почвах, то проводят диагностирование со­стояния почв, в первую очередь изменение их химического состава. Внутри зоны по нарушенности элементов биоты возможны выделе­ния подзон, например подзоны поражения эпифитной растительнос­ти, мхов и лишайников, подзоны угнетения древостоев и т.д.

Зона геоматического воздействия (интенсивного поступления вы­бросов в течение длительного времени и вследствие этого структурной перестройки ландшафтов). Геохимические воздействия и нарушения биоты ландшафтов вызывают изменение их литогенной основы (гео- мы), т.е. практически происходит их трансформация и формирование «техногеом», в которых полностью отсутствуют биотические компоненты.

Поступление выбросов в сферу воздействия проследим на примере Череповецкого металлургического комбината. Сфера воздействия Черепо­вецкого комбината представляет собой эллипс, вытянутый с юго-запада на северо-восток, максимальное осаждение пыли — 30 мг/м³ в год, превосходящее фоновое значение в 3—4 порядка, наблюдалось непо­средственно на территории завода, здесь осаждается 25—30% выбросов

пыли, 50% осаждается в радиусе 7 км. К северо-западу от завода пост ление пыли уменьшается в 2 раза через 0,5 км, а к северо-востоку черв 1 км, достигая на расстоянии 50—55 км фоновых значений (рис. 16).

Временной анализ сферы воздействия таков: после начала эксплуа| тации завода (мощность 1—1,5 млн т чугуна в год) средний ради> воздействия в течение пяти лет не превышал 10 км. Увеличение пр<з изводства до 3 млн т в год расширило сферу воздействия до 20—25 ю» дальнейшее наращивание мощностей до 5,5 млн т в год увеличил радиус воздействия до 40-45 км.

Рыбинское вдхр.

0,3

з —

Рис. 16. Выпадение промышленной пыли в сфере воздействия Череповецкого металлургического завода: 1 — изолинии выпадения пыли (г/м² в сутки); 2 — металлургический завоД 3 — площадки отбора снеговых проб; 4 — граница города

О

В сфере воздействия площадью 8000 км² выделяются: ♦ внешняя зона — зона геохимических нарушений, площадью о кол 7000 км² в радиусе от 15 до 50 км, где поступление пыли 35-* 110 т/км² в год вызывает повышение содержания выбросов ^; почвах и растениях, наблюдаются периодически высокие кон-5 центрации в воздухе пыли, окислов азота и серы, бенз(а)пирена||

♦ средняя зона — зона локальных повреждений площадью 6000 км², радиус 5—15 км, поступление пыли 35—110 т/км² в год вызывает повышение содержания выбросов в почвах и растениях, кон­центрации в воздухе пыли, окислов азота и серы, бенз(а)пирена;

♦ внутренняя зона, непосредственно примыкающая к производ­ству, зона трансформации ландшафтов, в которой многолет­ний высокий уровень загрязнение привел к техногенной транс­формации почв, значение рН повысилось на две-три единицы. Высокий уровень загрязнения воздуха, воды, почв, накопле­ние токсичных веществ в растениях представляют опасность для биоты ландшафтов и человека.

Размеры санитарно-защитных зон (от 1000 до 5000 м) не сопоста­вимы с размерами сферы воздействия металлургического центра, по­этому за пределами санитарно-защитной зоны предлагается создавать зону санитарного разрыва, которая должна достигать 20—25 км.

Новая технология получения стали методом прямого восстановле­ния железа является более экологичной, так как она лишена таких круп­ных загрязнителей, как коксохимическое и доменное производство, экологичность этой технологии рассматривается в следующем разделе.

Электрометаллургия по сравнению с традиционными металлур­гическими технологиями менее экологически опасное производство. Электрометаллургический комбинат представляет собой экологичес­ки чистое производство, так как его технологическая схема исключа­ет крупные источники загрязнения — агломерационное, доменное, токсохимическое производства. Применение непылящего гидротранс­порта, перевод энергетического хозяйства на газ также заметно сни­жают выбросы в атмосферу.

Сравнение электрометаллургии с традиционной технологией в чер­ной металлургии в пользу электрометаллургии, так как происходит:

♦ снижение удельных выбросов пыли в 2—4 раза, сернистого газа в 18-60 раз, окиси углерода в 3,5—4,5 раза;

♦ снижение токсичности воздушных выбросов в 300 раз за счет отсутствия в технологической схеме коксохимического произ­водства, выбрасывающего в атмосферу фенол, бензол, циа­нистые соединения;

♦ исключение неорганизованных выбросов в атмосферу.

В силу этого размеры санитарно-защитной зоны электрометаллур­гического производства малы (радиус 2 км).

Реальную экологичность технологии электрометаллургии оценим по результатам В. Н. Калуцкова, изучавшего в 1992 г. воздействие Оскольс- кого электрометаллургического комбината на ландшафты лесостепи[28].

Наиболее характерные элементы-загрязнители электрометаллургичес кого производства — железо, кальций, кремний и магний. В предел" санитарно-защитной зоны растения и почвы накапливают ингреди енты выбросов комбината. Уровень загрязнения растений тяжелым металлами пока относительно невысок, максимальные концентраци цинка, меди и никеля в среднем в два раза выше фона.

В зеленых мхах содержание 11 элементов превышает фоновые зна чения, в хвое сосны фон превышен для семи элементов, в напочвен ных лишайниках — для пяти. Повреждение лесной растительности происходит также и за пределами санитарно-защитной зоны, повы шается кислотность атмосферных выпадений.

Невысокий объем выбросов, в десятки раз меньший, чем на обыч ном металлургическом заводе, предопределил и невысокий в цело уровень загрязнения. Выпадение пыли в радиусе 3 км всего в два-тр раза превышает фоновое значение, в снеговых водах в два-три раза п~ вышено содержание железа, в три-четыре раза — кальция. Для метал лургических производств традиционной технологии характерно повы шение рН. Такая же картина наблюдается при фоновых нейтральны значениях рН в радиусе 6 км, реакция снеговых вод становится слаб" щелочной. Средний радиус воздействия не превышает 6—10 км.

Дата добавления: 2014-11-29