Экология промышленного производства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Металлургия литейных сплавов»

О. А. Белый Б. М. Немененок

ЭКОЛОГИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов и магистрантов учреждений высшего образования по металлургическим специальностям

Минск

БНТУ

2016

1

УДК 504.5(075.8) ББК 34.616я7

Б43

Рецензенты: канд. техн. наук, доцент,

зав. кафедрой «Промышленная экология» БГТУ В. Н. Марцуль; д-р техн. наук, академ., директор Института

технологии металлов НАН Беларуси Е. И. Марукович

Белый, О. А.

Б43 Экология промышленного производства: учебное пособие / О. А. Белый, Б. М. Немененок.: – Минск: БНТУ, 2016. – 345 с.

ISBN 978-985-550-555-7.

В учебном пособии изложены экологические проблемы современных промышленных предприятий. Рассмотрены выбросы в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями, свойства пылегазовых потоков и методы их контроля. Проведен анализ выбросов литейных, термических, кузнечнопрессовых и гальванических производств. Предложены пути снижения загрязнения атмосферного воздуха и сточных вод. Проанализированы отходы промышленных предприятий и приведены рекомендации по их использованию. Отражены вопросы экологического нормирования и мониторинга окружающей среды.

2

СОДЕРЖАНИЕ

1.ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ И ИХ ЗНАЧИМОСТЬ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО

2.ОБЩИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ

3.АТМОСФЕРА ПЛАНЕТЫ. ОСНОВНЫЕ ЕЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ.ХАРАКТЕРИСТИКА И КОНТРОЛЬ

4.ВЫБРОСЫ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

3

4

ВВ Е Д Е Н И Е

Внастоящее время в мире вопросы экологии выходят на первый план при обсуждении стратегии развития промышленности и общества. Это обусловлено тем, что бурный научно-технический прогресс, принёсший в прошлом веке человечеству немало благ, привел

вто же время к коренным изменениям в природе, которые начали отражаться на самом существовании человека в связи с серьёзными проблемами загрязнения атмосферы, воды и почвы, появления кислотных дождей, радиационного заражения территорий, истощения биоресурсов и т. п. В результате практически во всех развитых странах наблюдается ужесточение природоохранного законодательства, направленное на уменьшение и предотвращение вреда, наносимого окружающей среде.

Промышленные предприятия играют большую роль в загрязнение окружающей среды. Литейные цехи и заводы являются крупнейшими источниками токсичных выбросов, отрицательно влияющих на окружающую среду. Эти вещества образовываются при взаимодействии различных материалов с жидкими металлами, деструкции связующих, испарении компонентов сплавов и другое. Наиболее часто встречающимися загрязняющими веществами в литейном производстве являются пары металлов, мелкодисперсная пыль, газовые выбросы, насыщенныеокисламисерыиазота, фенол-формальдегидныесоединения.

Для охраны атмосферного воздуха, снижения воздействия на водные ресурсы и загрязнения земель первоочередными мероприятиями должны быть:

– создание технологий и оборудования, исключающего интенсивное пыле- и газовыделение;

– использование сырья и материалов, сокращающих объемы образования отходов, способствующих вторичному использованию регенерируемых материалов.

Примером таких технологий могут быть различные способы подготовки шихтовых материалов, заключающиеся в очистке металлоскрапа перед плавкой, пакетировании и брикетировании мелких фракций металлолома и стружки, окусковании коксового отсева.

Важной задачей охраны окружающей среды является также очистка и охлаждение сточных промышленных вод литейных цехов. Попадание нагретых вод в естественные водоёмы вызывает

5

снижение уровня кислорода в воде (поэтому сброс очищенной воды должен быть при температуре не более 20 ºС). Большое количество вод с избыточным теплом, образующихся в результате охлаждения кокилей, кристаллизаторов, водоохлаждаемых изложниц и других агрегатов, направляют в котлы-утилизаторы тепла, отопительные системы. Если концентрация в воде вредных примесей, в том числе ионов цветных металлов (свинца, меди, висмута и другие) превышает предельно допустимые концентрации, то воду подвергают специальной очистке. Для удаления грубодисперсных примесей применяют отстаивание и фильтрацию. Однако даже глубокая очистка сточных вод не гарантирует сохранение качества естественных водоёмов, поэтому предприятиям, в составе которых функционируют литейные цеха, в настоящее время предписывается организация замкнутых циклов водоснабжения.

Вснижении воздействия литейного производства на окружающую среду, обеспечении выполнения требований законодательства

вэтой области, главным является создание и внедрение безотходных или малоотходных технологических процессов. В этой связи необходимо провести оценку технологических процессов, материалов и оборудования, применяемых для их осуществления с точки зрения соответствия их санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям и замены тех из них, которые не удовлетворяют этим требованиям, новыми, исключающими загрязнение окружающей природной среды. В частности, это касается вопросов регенерации формовочных и стержневых смесей с органическими смолами.

Вряде промышленно-развитых стран расходы, связанные с решением проблем экологии и охраны природы, уже превысили 2,0 – 2,5 % по отношению к валовому национальному продукту. Правила инженерного подхода к организации технологий производства часто стали обозначать как правила «3Е» (Energy + Ecology + Economy) или по-русски «3Э» (Энергия + Экология + Экономия).

При проектировании новых и реконструкции действующих производств в проекты закладываются процессы и оборудование, минимизирующие расход сырья и энергии, позволяющие исключать или максимально снижать выделение пыли и газов, осуществлять эффективную очистку и обезвреживание выбросов.

Настоящее пособие ставит своей задачей дать студентам и магистрантам металлургических специальностей достаточно широкое

6

представление о существующих экологических проблемах в литейных, кузнечно-прессовых и термических цехах, а также на участках химической и электрохимической обработки металлов и показать основные пути улучшения сложившейся ситуации.

Опыт, накопленный авторами при чтении лекций, подготовке и проведении практических занятий по учебной дисциплине «Отраслевая экология», предпологает, что данное пособие будет полезно не только студентам и магистрантам, но и работникам технических отделов металлургических предприятий и исследовательских институтов.

Авторы выражают признательность академику НАНБ, доктору технических наук, профессору Е. И. Маруковичу и заведующему кафедрой промышленной экологии Белорусского государственного технологического университета, кандидату технических наук, доценту В. Н. Марцулю за большой труд по рецензированию рукописи и ценные замечания, которые позволили существенного улучшить изложенный материал.

7

1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ И ИХ ЗНАЧИМОСТЬ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА

К концу ХХ века, и особенно в последние десятилетия, в результате быстрого развития промышленности, транспорта, энергетики резко усилилась антропогенная нагрузка на природу; стала очевидной опасность истощения естественных ресурсов, необратимого загрязнения и изменения окружающей среды.

Среди комплекса антропогенных (техногенных) воздействий на окружающую среду и здоровье человека особое место занимают многочисленные химические соединения, широко используемые в промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и других сферах производства. Это тысячи химических соединений: металлы, их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в практике используется до 500 тыс химических соединений. При этом около 40 тыс. обладают весьма вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. – токсичны. Наиболее распространенные загрязнители – аэрозоли различного состава, включающие оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы и т. д. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха планеты приходится на долю оксида углерода ~ 200 млн т/год, пыли ~ 250 млн, мелкодисперсной пыли ~ 120 млн, углеводородов ~ 50 млн т/год. Не малая доля этих загрязнителей образуется в литейном производстве. Прогрессирует насыщение биосферы тяжелыми металлами: ртутью, галлием, германием, цинком, свинцом и т. д. При этом масштабы загрязнений столь велики, что естественные способности биосферы к нейтрализации вредных веществисамоочищениюпрактическиисчерпаны.

Сложившаяся ситуация требует поиска новых путей и подходов к решению экологических проблем, связанных с промышленным производством. Очевидно, что это должен быть целый комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на предотвращение или существенное снижение неблагоприятного воздействия производственной деятельности на окружающую среду и, как следствие, наздоровьечеловека.

Особенностью металлургического производства является негативное воздействие на все составляющиеокружающейсреды: загрязнение

8

почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, выбросыватмосферу большогоколичествавредных веществ.

Так, например, для металлургических предприятий актуальна проблема переработки техногенных отходов. Известно, что для выработки одной тонны стали традиционным способом в производство вовлекается более трех тонн первичных природных сырьевых ресурсов. Образующиеся после выплавки стали шлаки накапливаются в отвалах и шламохранилищах, отнимая при этом городские и сельскохозяйственныеземлиисоздаваядополнительнуюнагрузку натерриторию.

Установлено, что металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу до 25 % металлосодержащей пыли и оксида углерода от общего количества этих веществ, попадающих в атмосферу в результате промышленных процессов. Кроме того, в процессе металлургического передела и производства отливок в атмосферу выбрасывается целый спектр вредных веществ, токсичных для человеческого организма, включая фториды, соединения марганца, ванадия, оксиды азота и серы, фенолы, фольдегид и другие.

Очевидно, что динамичный рост экономики усиливает техногенную нагрузку на природу и большая доля «вклада» при этом приходится на базовую отрасль промышленности – металлургию.

1.1. Глобальные экологические проблемы современности

Огромное влияние деятельности человека на окружающую среду в настоящее время неоспоримо и выражается в многочисленных проявлениях. Среди таких проявлений наиболее существенными, имеющими глобальное значение, называют:

–изменение климата в результате загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий, объектами энергетики, автотранспорта, горнодобывающей индустрии;

–истощение стратосферного озонового слоя, образование «озоновых дыр» и, как следствие, увеличение интенсивности жесткого ультрафиолетового излучения, проникающего на земную поверхность, являющегося источником многочисленных заболеваний;

–радиоактивное загрязнение за счет испытаний ядерного оружия, а также в результате эксплуатации АЭС, складирования радиоактивных отходов;

9

–загрязнение мирового океана, а также поверхностных и подземных вод ядовитыми веществами, тяжелыми металлами, стойкими органическими загрязнителями (СОЗ), смывами минеральных удобрений, нефтепродуктами и другими;

–неудержимое опустынивание многих регионов планеты, что приводит к сокращению плодородия земли, вывода из севооборота тысяч гектаров плодородных почв;

–сокращение площадей тропических и северных лесов, являющихся «легкими планеты», которые пополняют баланс кислорода в атмосфере.

Выход из глобального кризиса возможен только в случае перестройки отношения к природе, создания новых международных, правовых и политических механизмов с целью ограничения использования ресурсов, перехода к безотходным технологиям, повсеместного снижения антропогенного давления на окружающую среду. Только объединение усилий всего человечества, вооруженного современными знаниями и передовыми технологиями в сочетании со здравым смыслом, осознанием необходимости сохранения жизнепригодной окружающей среды для будущих поколений позволит обеспечить будущее нашей планете.

1.2. Общенациональные экологические проблемы Беларуси

К экологическим проблемам Беларуси, имеющим общенациональное значение можно отнести:

–загрязнение радионуклидами около 30 % территории в результате Чернобыльской катастрофы;

–загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы выбросами промышленных предприятий, накопление промышленных и бытовых отходов;

–истощение и загрязнение поверхностных водных источников

иподземных вод, изменения гидрологических условий отдельных территорий;

–последствия не всегда продуманных действий по мелиорации Полесской низменности;

–техногенное загрязнение территории в результате добычи и переработки калийных солей в Солигорске и производства удобрений на Гомельском химическом заводе. Все эти факторы в той или иной

10