Проблема промышленных отходов в г. Запорожье

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 вовлечения в хозяйственный оборот ресурсов, ранее не использовавшихся;

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, Al2O3, 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 Fe2O3, 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.

Страницы: 1, 2, 3