Промышленная экология

активноговоздействиянаокружающуюсреду.

Следуетотметить, чтозонараспространенияшумаи вибрации такжеограничена, нооназначительношире, чемудругихизлучений. Вследствие этого воздействию шумаи вибрации подвергаются не только работающие непосредственно у их источников, но также работники других участков, цехов и служб предприятия и даже населениеблизкорасположенныхкварталовжилойзастройки. Поэтому борьба с шумом и вибрацией является одной из важнейших составляющихпроблемыохраныокружающейсреды.

1.4.2. Классификация и краткая характеристика методов охраныокружающейсреды

Под методами охраны окружающей среды от загрязнения отходами производства понимают совокупность технических и организационныхмероприятий, позволяющихсвестикминимумуили совершенноисключитьвыбросы вбиосферукакматериальных, таки энергетическихзагрязнений.

Следует отметить, что каких-либо универсальных рецептов, радикально решающих проблему борьбы с загрязнениями, пока, к сожалению, несуществует. Метод, дающий хорошиерезультаты в случаеданногозагрязненияопределеннойконцентрацииилиуровня, может оказаться бесполезным или малоэффективным в других условиях. Наиболее эффективным обычно оказывается сочетание нескольких методов борьбы с загрязнениями, рационально подобранныхприменительноктомуилииномуконкретномуслучаю.

Всеметодыборьбысзагрязнениямиможноразбитьнадвебольшие группы: пассивныеиактивные.

К числупассивныхотносятсяметоды, использованиекоторыхне связаноснепосредственным воздействием наисточникзагрязнения. Этитрадиционноприменяемыеметоды, носящиезащитныйхарактер, делятся, всвоюочередь, натриподгруппы: рациональноеразмещение источниковзагрязнений (как материальных, так и энергетических); локализациязагрязнений; очисткавыбросоввбиосферу.

Вопросорациональномразмещенииисточниковзагрязнений, так называемой«защитерасстоянием», решаетсянаразличныхуровнях (общегосударственном, региональном, местном) взависимостиотих масштаба (расположение территориально-производственных комплексовнатерриториистраны, производственныхобъединенийи отдельныхпредприятийвреспублике, областиилигороде, цеховвнутри предприятия, оборудования внутри цеха). При этом учитывается

51

большое количество разных факторов: уровень производственной вредности, рельеф местности, метеорологическиеусловия, вопросы водоснабжения и канализации, населенность, планировка производственныхзданийикварталовжилойзастройки, особенности применяемойтехнологиипроизводстваит. д.

Длясниженияуровнейэнергетическихзагрязненийприменяются средствазащиты, обеспечивающиеихчастичную локализацию. Кним относятсяэкранированиеисточниковшума, электромагнитныхполейи ионизирующих излучений, поглощение шума, демпфирование и динамическоегашениевибраций. Болеевысокаястепеньлокализации загрязненийможетбытьдостигнутапутемизоляцииигерметизацииих источников. Такая герметизация осуществляется с помощью специальных камер, кожухов, боксов, в которые заключается технологическое оборудование, выделяющее загрязняющие окружающую среду вещества или излучения. В качестве примера можнопривестивыполняемуювкамереокраскуизделийраспылением.

Изоляцияшумногооборудованияпозволяетнамногоснизитьуровень шума. К этой же подгруппе относится и захоронение токсичных отходов производства, не подлежащих утилизации.

Концентрированныерадиоактивныеотходыподвергаютсязахоронению в землев специальных долговечных емкостях. Одним излучших методов захоронения концентрированных сточных вод является закачивание их в глубокие горизонты земной коры, для чего целесообразноиспользоватьотработанныескважины изаброшенные шахты. Затратынаподобноезахоронениежидкихотходоввомногораз ниже расходов на их очистку, но подземное захоронение промышленных стоков возможно лишь в определенных гидрогеологических условиях, определяемых строением пластаколлектора, егопоглощающейспособностью иизолированностью от другихводоносныхгоризонтов.

Очисткавыбросовввоздушный бассейни сбросоввводоемы заключаетсявосвобождениивыбросовисбросовотсодержащихсяв нихзагрязняющихвеществсцелью сниженияихконцентрациидо уровня, прикоторомбиосференебудетнаноситьсяущерб. Выделенные в процессе очистки загрязняющие вещества обезвреживаются химическим или термическим способом или подвергаются захоронению. Важным показателем работы очистногооборудования являетсястепеньочистки (%) газаилижидкости, определяемаяпо формуле

= (С-С)100/С,

1 2 1

52

гдеС иС – концентрациязагрязняющеговеществадоипосле

1 2

очистки.

В зависимости от количества отходов, их физико-химических свойствитребуемойстепениочисткиприменяютсяразличныеметоды очистки: механические, химические, биохимические, физикохимические, физическиеитермические.

Механические методы используют для очистки выбросов в атмосферу и сточных вод спомощью специальных сооружений и устройств гравитационного, центробежного и инерционного типов (осадительных камер, ловушек, отстойников, циклонов), а также контактныхфильтров. Этиметоды применяютглавным образом для предварительнойочисткиотгрубодисперсныхпримесей(исключение составляютконтактныефильтры, применяемыекакдлягрубой, таки длятонкойочистки).

При химических методах очистки к отходам добавляются различныереагенты, вступающиевовзаимодействиестемиилииными примесями. В результате химических реакций образуются новые соединения, уженеоказывающиетоксичногодействиянаокружающую среду. Реагентнаяобработкаотходоввызываетвнихтакжеструктурные изменения(коагуляция), интенсифицирующиепроцессочистки.

Биохимические методы применяют для очистки сточных вод, содержащихнезначительныеколичестваорганическихиминеральных веществ(менее1 г/л). Онизаключаютсявразрушенииорганических продуктов в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Биохимические методы часто применяются для доочистки промышленныхсточныхводпослеобработкиихдругимиспособами.

Физико-химические методы очистки включают флотационные, экстракционные, электрохимические, сорбционныеметоды. Первыетри используютсядляочисткитолькосточныхвод.

Процесс очистки флотацией заключается в действии молекулярныхсил, способствующихслипаниюмелкихчастицвзвесейи эмульсий(например, нефтепродуктов) спузырькамидиспергированного в сточной воде воздухаи всплыванию образующейся системы на поверхность.

Жидкостнаяэкстракция- одинизнаиболеераспространенных методов извлечения из сточных вод примесей, представляющих техническую ценность при относительно высоком их содержании.

Процессэкстракции является, как правило, многоступенчатым, т. е. складывается из ряда последовательно проводимых процессов смешениясточныхводсрастворителем(экстрагентом) ипоследующего

53

разделенияобразующихсяпрактическинесмешивающихсяжидкихфаз.

В основе электрохимических методов очистки лежит использование электрического тока для осуществления процессов окисленияивосстановлениявеществ.

Особое значение имеют сорбционные методы, позволяющие возвращать в производство содержащиеся в отходах ценные компоненты. Существуюттриразновидностиэтогоспособаочистки:

абсорбционный, адсорбционныйиионообменныйметоды. Абсорбционныйметодоснованнадиффузионномихимическом

поглощениижидкимиреагентами(абсорбентами) токсичныхгазови паровизихсмесейсвоздухомиприменяетсядляочисткивыбросовв атмосферу, осуществляемойвспециальныхаппаратах(скрубберахи др.). Надлежащим подбором абсорбентаможнообеспечитьочистку выброса от той или иной вредной газообразной примеси или улавливание ценного компонента. Абсорбция используется для поглощения содержащихся в выбросе водяных паров концентрированнойсернойкислотой, аммиакаихлористоговодорода водойит. п.

Адсорбционныйметодприменяетсядляочисткикаквыбросовв атмосферу, такисточныхвод. Оноснованнапоглощениигазовипаров извоздухаилирастворенныхвеществизсточныхводповерхностью твердых тел (адсорбентов), обладающих высокой пористостью и большойудельнойповерхностью. Вкачествеадсорбентовприменяются главнымобразомразличныетипы активированногоугля. Адсорбцию применяютпри незначительном содержании поглощаемых парови газообразныхкомпонентов.

Адсорбционнаяочисткасточныхводможетбытьрегенеративной, т. е. сизвлечением веществаизадсорбентаи его утилизацией, и деструктивной, при которой извлеченные из стоков загрязнения уничтожаютсякакнепредставляющиетехническойценности.

Впоследнеевремявпрактикеочисткисточныхводотзагрязнений всеболееширокоераспространениеполучаетионообменныйметод. Он основан на использовании ионитов - твердых природных или искусственных материалов, практически не растворимых в водеи органическихрастворителях и способных кионномуобмену, т. е.

извлечению израстворовразличныхположительноилиотрицательно заряженных ионов. Важной особенностью данного методаявляется возможность многократного использования ионитов с утилизацией содержащихсявстокахценныхвеществ.

Сущностьфизическихметодовочисткизаключаетсяввоздействии на очищаемый газ или жидкость излучениями (ультразвуком,

54

бактерициднымиультрафиолетовымилучами) иполями(электрическим или магнитным). Так, ультразвуковое облучение очищаемого газа позволяетинтенсифицироватьпроцесс очистки за счетукрупнения взвешенныхвнем частиц(акустическаякоагуляция). Электрическое полевысокого напряженияиспользуетсявэлектрофильтрах тонкой очисткивоздухадляионизации егомолекул, передающихзарядна взвешенные твердые или жидкие частицы, оседающие затем на электроды электрофильтра. Применение магнитных или электромагнитных полей позволяет сделать более эффективными процессыочисткисточныхводотферромагнитныхчастиц.

Кчислуфизическихметодовочисткисточныхводследуетотнести такжевыпаривание, применяемоепрималомобъеместоковивысокой концентрациизагрязненийвних.

Термическиеметоды очисткивсехвидовотходов(газообразных, жидкихитвердых) заключаютсявокислении содержащихсявних токсичныхорганическихвеществкислородом воздухапри высокой температуре до нетоксичных соединений. Метод сжигания органическихпримесейиспользуютвтехслучаях, когдавозвращение примесей в производство невозможно или нецелесообразно. Термическое сжигание применяется при высокой концентрации примесей и значительном содержании в газах кислорода при температуре800-1100 °С. Впоследнеевремяполучилираспространение каталитическиеметодысжиганиягазов, осуществляемыевприсутствии катализаторов при температурах, не превышающих 250-300 °С. Каталитическоеокислениев2-3 разадешевлевысокотемпературного сжиганияпривысокойэффективностипроцесса.

В настоящее время пассивные методы являются основными средствамиборьбысзагрязнениемокружающейсреды.

Сущностьактивныхметодовзаключаетсявсовершенствовании существующих и разработке новых технологических процессов, оборудованияи оснастки сцелью максимальногоснижениямассы, объема, концентрации материальных или уровня энергетических загрязненийвсякогорода. Очевидно, чтопритакомподходепроблема устранения загрязнений решается радикально. Поэтому активным методам какболеепрогрессивным впоследниегоды уделяетсявсе большеевнимание. Однакоразработкаивнедрениеэтихметодовво многих случаях связаны с изменением существующей технологии производства.

Основныенаправленияактивныхметодовборьбысзагрязнениями окружающей среды перечислены ниже в порядке возрастания

55

эффективности и одновременно сложности подлежащих решению задач: минимизацияотходовпроизводствакакматериальных, таки энергетических; замена токсичныхотходовнетоксичными; замена неутилизируемыхотходовутилизируемыми; созданиебезотходной технологии.

Говоряобактивнойборьбесзагрязнением окружающейсреды, следует различать прямые и косвенные методы. Прямые методы охраны биосферы заключаются втаком воздействии наисточники загрязнений, котороеведетк непосредственному снижению массы, объема, концентрациивредныхматериальныхзагрязненийлибоуровня энергетических загрязнений. Например, к прямым методам охраны воздушного бассейна отзагрязнения продуктами сгорания топлива относятсяследующиемероприятия: улучшениекачестватвердогои жидкоготоплива; совершенствованиетопочныхустройств, форсуноки горелокдлясжиганиятоплива; переводкотельныхнагазовоетопливо.

Применение косвенных методов не дает непосредственного снижения уровня загрязнений, но позволяет свести к минимуму загрязнение окружающей среды при проведении последующих технологических процессов или исключить их. Так, приближение формы иразмеровзаготовоккформеиразмерам деталеймашинв результате использования более прогрессивных способов литья не только позволяет существенно снизить металлоемкость изделий машиностроения, нои уменьшить загрязнениеокружающей среды, неизбежноеприпереработкеметаллическойстружки, образующейся приизготовлениидеталейнаметаллорежущихстанках.

Приведенные примеры иллюстрируют возможности совершенствования технологических процессов и оборудования в направленииминимизациивредныхотходовпроизводства.

В ряде случаев появляется возможность такого изменения технологии, прикотором токсичныеотходы полностью заменяются нетоксичными. Например, процесс травления, неизбежно сопровождающийсяобразованием токсичныхстоков, можетбытьво многихслучаяхзаменен новым методом механической обработки - иглофрезерованием, при котором вредные отходы практически не образуются.

Ещеболееэффективнымнаправлениемэкологизациипроизводства является замена неутилизируемых отходов утилизируемыми.

Наибольшие успехи достигнуты в области утилизации основных отходовпроизводстватвердых, впервую очередьметаллических. То же можно сказать и об утилизации энергетических отходов производства. Так, несмотрянато, чтоиспользованиеобразующегося

56

при технологических процессах тепла в теплообменных аппаратах (регенераторах и рекуператорах) давно уже стало традиционным, возможности совершенствования производства в этом направлении далеко не исчерпаны. Например, использование тепла очищенных сточныхводврыбоводстве.

Высшей формой активного совершенствования технологии производства является создание безотходной технологии на базе замкнутыхтехнологическихпроцессов, прикоторыхотходы каждого предыдущегопроцессаявляютсясырьемдляпоследующего. Внедрение на всех этапах производства безотходной технологии радикально разрешитпроблемузагрязненияокружающейсреды.

Но, несмотрянато, чтоужесозданыиуспешноосуществленына практикеотдельныезамкнутыепроцессы, повсеместноеприменение безотходной технологии представляется делом более или менее отдаленного будущего. Разработкановыхметодовтребуетрешения большого количества весьма сложных технологических и организационныхзадач, связанныхнетолькоснаучно-техническими(и впервуюочередьэнергетическими), ноиссоциально-экономическими аспектами, аихвнедрениекореннойреорганизациипроизводства.

Приведенная классификация активных методов охраны окружающей среды, включающая четыре группы, является в значительноймереусловной, посколькувомногихслучаяхтотили инойтехнологическийпроцесструдноотнестикоднойопределенной группе.

ГЛАВА2 ГОРНО-ДОБЫВАЮ ЩАЯПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Ещене так давно понятие охраны природы было синонимом консервации, сохраненияприродной среды внетронутом виде. Для экономического развития общества преобразование природы необходимо, ноонодолжнобытьрациональным, т.е. нивближайшем будущем, нивотдаленнойперспективенеприводитькэкологической разрухе.

Добыча полезных ископаемых ведет к исчерпанию невозобновляемыхресурсов.

Продукция горно-добывающей промышленности включает следующиесырьевыересурсы:

57

-энергетическоесырье(каменныйуголь, бурыйуголь, сланцы, торф, уран) – 85 % отобщегообъема;

-металлическиеруды (медные, железные, золотосодержащие, оловянные, никелевые, свинцовыеидр.) - 12 %;

-неметаллические полезные ископаемые (фосфатное сырье, калийныесоли, каменнаясоль) - 3 %.

Изобщегообъеманеметаллических полезныхископаемыхподавляющая частьдобычи приходится нащебень (48,9 %) и песчано-гравийный материал (43,8 %), наглины, фосфаты, гипс, известь- 6,9 %, анаостальные15 наименований неметаллическогосырьяостается0,4 % ихобщегоколичества.

Добыча предполагает извлечение огромных количеств пустой породы(вскрыши). Всреднемзагодвмиреизвлекаетсяизнедр30-32 млрдтгорноймассы, мироваяпромышленностьперерабатывает10-11 млрдт вещества, включая руду, растительную и животную массу (свыше80 % приходитсянаминеральноесырье). Такимобразом, более 20 млрдтгорных пород поступаетвотвалы. Конечная продукция мировойпромышленности(металлы, цемент) составляетпримерно2 млрдт, а9 млрдтобразуютотходы, вмассукоторыхвходятипродукты сжигания 6 млрдттопливно-энергетического сырья. Годоваямасса отваловиотходов(29 млрдт) восновномскладируетсянаповерхности земли, вызываяизменение ландшафтов, разнообразныезагрязнения биосферы.

Невозможноразрабатыватьподземныебогатства, невоздействуя приэтомназемнуюповерхность, растительность, водныйивоздушный бассейны. Однаизособенностей охраны природы в горно-рудных районахсложныйкомплексвоздействий, многофакторноезагрязнение окружающейсреды, требующеекомплексныхмерзащиты.

2.1. Загрязнение атмосферного воздуха при разработке месторождений

Минеральноесырьедобываетсявшахтах, рудникахилиоткрытых разработках. Выбросыватмосферушироковарьируютсявзависимости оттипарудникаи методовдобычи сырья, отсодержаниявлаги в материалеиегорыхлости.

Загрязнениеатмосферыприподземныхработах

Подземная разработка месторождений сопровождается значительным загрязнением атмосферного воздуха. Основными источниками загрязнения являются газопылевые «выбросы» из

58

подземныхгорныхвыработок, газопылевыевыделенияизпородных отваловискладовполезныхископаемых.

В данном случае под выбросом понимается поступление в атмосферуизподземных горных выработокрудничного(шахтного) воздуха; масса этого воздухаможетбыть весьма значительной, а концентрациивнем загрязняющихвеществобычнонестольвелики. Рудничныйвоздухпредставляетсобойсмесьатмосферноговоздухас различными газообразными примесями, выделяемыми из пород,

полезныхископаемыхилишахтныхвод(например, СН, СО, Н, N ,

4 2 2 2

НS идр.), атакжеобразуемымипривзрывныхработахиврядедругих

2

процессов(СО, СО, SО, НS, NО идр.).

2 2 2 2

Составвоздуха, поступающеговподземныегорныевыработки, по мерепродвиженияизменяетсяврезультате:

1) действияокислительныхпроцессов(СО, СО, SО, NО идр);

2 2 2

выделениягазов изразрушаемых пород (СН, при разработке

4

угольныхместорожденийватмосферупопадаетдо90 млнт);

подземныхгорныхвыработокшахти рудниковежегоднопоступает около0,2 млн. т. пыли);

колчедана(НS идр.).

2

Приподземнойразработкерудныхинерудныхместорожденийпо сравнению сугольнымигазоваясоставляющаявыбросовзначительно меньше. Она преимущественно представлена газообразными продуктами, выделяющимисяпривзрывах, производимыхпримассовой отбойке полезных ископаемых. После массовых взрывов резко увеличивается и содержание пыли в выдаваемом на поверхность рудничномвоздухе.

К существенным по своему значению «неорганизованным» источникам пылегазовых загрязнителей атмосферного воздуха относятся также отвалы пород. При подземной разработке месторождений на поверхности земельного отвода располагаются породные отвалы, форма которых зависит от вида транспорта, применяемого для транспортировки породы: конические, так называемые терриконы (узкоколейный транспорт), хребтовые (транспортировкаканатнымидорогами) иплоские(автотранспорт).

Загрязнениевоздушнойсредыпроисходитприэрозии, окислениии горениипороды, особенноинтенсивнопротекающихвтерриконах; в

59

результатесповерхностиотваловвыделяетсязначительноеколичество пыли, газообразных(втомчислеядовитых) продуктовидыма.

В породных отвалах угольных шахтсодержитсязначительное количествоугля(от5 до20 %), пирита(до10 %) исеры (от5 % и более). Внутри отвалов длительное время происходят процессы низкотемпературного окисления горючего материала кислородом воздуха, чаще всего заканчивающиеся самовозгоранием отвала.

Самовозгораниеотвалов часто происходитнашахтах, где ведется разработкаугольныхпластовсвыходомлетучихвеществсвыше20 % и содержащихболее3 % серы. Температурагоренияпородногоотвала

о

800-1200 С. Интересноотметитьпарадоксальный, напервыйвзгляд, факт - наиболее интенсивное горение терриконов наблюдается в дождливыевесенниеиосенниесезоны. Этообъясняетсятем, чтопри обильном поступлении воды в породу в ней интенсифицируются процессы окисления пирита (при этом в качестве катализатора выступаюттеоновыебактерии, живущиевкислойсреде).

Послепрекращенияэксплуатацииотваловповерхностныеочаги горенияпороды довольнобыстроисчезают, однаковнутри отвалов горениепродолжаетсявтечение7-12 лет.

Загрязнение атмосферы при открытой разработке месторождений

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых обычнохарактеризуетсяболееинтенсивным загрязнениематмосферы минеральнойпыльюигазообразнымипродуктами.

Выделениеминеральнойпылипроисходитвпроцессемашинного разрушенияпород, буренияскважин, взрывнойотбойки, вторичного дробления, резкигорныхпород, погрузки, транспортировкиивыгрузки ихнаприемныхпунктахилиотвалах, разрушениядорожногополотна придвижениипонемутранспортныхмашин(внекоторыхкарьерахна долю автомобильных дорог со щебеночно-гравийным покрытием приходится 70-90 % всей выделяемой пыли), эрозии поверхности отвалов и откосов карьеров. Практически всем производственным операциямгорныхработсопутствуетпылеобразование.

Периодические исключительно мощные выбросы пыли в атмосферупроисходятвпроцессемассовых взрывов. При средних взрывахнарудныхкарьерахввоздухединовременновыбрасываетсяна значительную высоту до 100-200 т пыли. Установлено, что на некоторыхжелезорудныхкарьерахпримассовыхвзрывахватмосферу поступает больше пыли, чем выделяется при различных

60