Дипломная работа: Оценка современного состояния проблемы загрязнения окружающей среды металлургической промышленностью

Большое количество вредных выбросов образуется и при подготовительных работах, и при последующей обработке металла. В литейных цехах при изготовлении форм и стержней в воздушную среду выделяются токсичные парогазовые смеси, содержащие фенол, формальдегид, фуриловый и метиловый спирты, аммиак, бензол, пары серной кислоты. В отделении обрубки и очистки литья образуются значительные количества металлической пыли. [4]

В прокатном производстве пыли и газов образуется в меньших количествах, по сравнению с другими производствами черной металлургии, но все же - примерно 2-18 г/т при различных видах работ.

Металлургическая отрасль находится на втором месте среди всех других отраслей промышленности по атмосферным выбросам (рисунок 3).

Рисунок 3. Доля отраслей промышленности загрязнения воздуха России

Предприятия черной металлургии «специализируются», прежде всего, на оксиде углерода, которого выбрасывают в воздух по 1,5 млн. тонн в год. Производители цветных металлов больше «предпочитают» диоксид серы, которым обогащают атмосферный воздух на 2,5 млн. тонн ежегодно. Всего металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу 5,5 млн. тонн загрязняющих веществ. Все это в итоге выпадает на головы жителей крупных металлургических центров. [3]

1.3 Сточные воды металлургического производства

Черная металлургия - один из крупнейших потребителей воды. Её водопотребление составляет 15-20% общего потребления воды промышленными предприятиями страны. Современное металлургическое предприятие на производство 1 т стального проката расходует 180-200 м3 воды. Суточный оборот воды на отдельных предприятиях достигает 3 млн. м3 и более. Из этого количества около 48% приходится на охлаждение оборудования, 26% - на очистку газов, 12% - обработку и отделку металла, 11% - гидравлическую транспортировку и 3% - на прочие нужды. Безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, с приготовлением химически очищенной воды, с потерями в технологических процессах, составляют 6-8%. Остальная вода в виде стоков возвращается в водоемы. Около 60-70% сточных вод относятся к «условно-чистым» стокам, т.е. имеющим только повышенную температуру. Остальные сточные воды (30-40%) загрязнены различными примесями и вредными соединениями. Расход воды по видам металлургического производства приведен в таблице 2.

Таблица 2. Расход воды по видам металлургических производств

Все сточные воды загрязнены взвешенными частицами, образующимися при очистке от пыли, золы и других твердых материалов. Прокатное производство, кроме того, является источником загрязнения маслами, эмульсиями и травильными растворами. Большое количество потребляемой воды металлургическими производствами требует создания на предприятиях эффективных систем водоочистки. Несмотря на широкое использование системы оборотного водоснабжения на металлургических предприятиях, количество сточных вод велико. Они содержат механические примеси органического и минерального происхождения, в т.ч. Me(OH)2, нефтепродукты, токсические соединения. Наибольшее количество воды требуется в прокатном, доменном и сталеплавильном производствах. Взвесь сточных вод аглофабрики содержит железо, окись кальция, углерод. [7]

На коксохимических заводах сточные воды образуются от химических цехов (фенольные стоки) и от процесса тушения кокса. Расход свежей воды на 1 т кокса составляет 1,2-1,6 м3. В процессе очистки коксового газа от сероводорода мышьяково-содовым методом образуется 4-6 м3 /час стоков, в которых содержатся фенолы, аммиак, сероводород, цианиды, бензолы, смолы. [5]

В доменном производстве сточные воды образуются при очистке доменного газа, гидравлической уборке осевшей пыли и просыпей, от установок грануляции доменного шлака и разливочных машин. В этих стоках содержатся частицы руды, кокса, известняка, сульфаты, хлориды, осколки застывшего чугуна, окалины, графита, недогашенной извести. При выплавке ферромарганцевого чугуна стоки также содержат цианиды, радонистые соединения, аммиак.

В сталеплавильном производстве сточные воды образуются при очистке газов мартеновских печей, конвертеров, электропечей, охлаждении и гидроочистке изложниц, установок непрерывной разливки стали и обмывке котлов-утилизаторов. Содержание взвешенных частиц в таких стоках достигает 7000 мг/л. Сточные воды ферросплавного производства характеризуются наличием взвешенных веществ, обладают щелочной реакцией, содержат фенолы, цианиды, роданиды, марганец, железо, хром, мышьяк, ванадий и др. В стоках литейных цехов содержатся большие количества глины, песка, зольных остатков от выгоревшей части стержневой смеси.

В зависимости от применяемого оборудования и исходных формовочных материалов концентрация всех этих веществ может достигать 5000 мг/л. При сбросе загрязненных сточных вод металлургических заводов в водоеме повышается количество взвешенных частиц, значительная часть которых осаждается вблизи места спуска, повышается температура воды, ухудшается кислородный режим, образуется маслянистая пленка на поверхности воды. Если в поступающих стоках содержатся кислоты, то повышается и кислотность воды, нарушается ход биологических процессов. Все это может привести к гибели водных организмов и нарушению естественных процессов самоочищения водоемов.

1.4 Твердые отходы металлургических предприятий

В металлургическом производстве, в частности в черной металлургии, образуется большое количество твердых отходов при технологических процессах. Под твердыми промышленными отходами понимаются остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или при выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. Отходы складируются на больших площадях, которые занимают тысячи гектаров полезных земель. В них накоплено ~500 млн. т шлаков и ежегодно прибавляется примерно 80 млн. т. Шлакоотвалы в большинстве случаев оказывают пагубное воздействие на окружающую среду. Твердые отходы образуются практически на всех стадиях металлургического производства. По ориентировочным подсчетам, на получение 1 т стали используется 4,7 т сырья, из которых в твердые отходы уходит 0,406 т. [4]

На металлургических предприятиях образуется около 3 млн. т отходов, из них утилизируется всего 34%. Основными источниками образования лома и отходов на металлургическом предприятии являются: доменное производство, сталеплавильное, прокатное, литейное. Образование металлоотходов по видам продукции, кг/т: при производстве чугуна - 7-10, стали - 35-40, проката - 280, стального литья - 530, чугунного литья - 350, стальных труб - 110-120, отливок чугунных труб - 170-200, поковок и штамповок - 175-180. Основную массу металлургических шлаков составляют доменные шлаки (при получении 1 т чугуна образуется 0,4-0,65 т шлака). В сталеплавильном производстве шлаков образуется в 2 раза меньше.

Данная отрасль производства занимает первое место по количеству выбросов в атмосферу вредных веществ и образованию различных твердых отходов среди остальных отраслей. Усовершенствование способов утилизации отходов, переход на малоотходную и безотходную технологию, комплексное использование сырья и материалов - это главные направления борьбы с вредным воздействием металлургических предприятий на состояние экологии и окружающей среды.

Таким образом на сегодня одной из самых острых проблем металлургии является сильное загрязнение окружающей среды. Данная отрасль производства занимает первое место по количеству выбросов в атмосферу вредных веществ и образованию различных твердых отходов среди остальных отраслей, все сточные воды загрязнены взвешенными частицами, образующимися при очистке от пыли, золы и других твердых материалов. Все это может привести к гибели водных организмов и нарушению естественных процессов самоочищения водоемов. Металлургические предприятия создают реальную экологическую угрозу окружающей среде. Требуются огромные затраты для защиты окружающей среды от пагубного воздействия металлургических заводов. Однако, есть способ снизить уровень загрязнения с меньшими затратами денежных средств. Иногда выгоднее использовать технологический процесс, который менее загрязняет окружающую среду, чем контролировать уровень загрязнения и организовывать борьбу с выбросами с использованием старых традиционных технологий, которые требуют огромных затрат. На данный момент в районах действия металлургических заводов социальную напряженность можно снизить путем уменьшения уровня выбросов в окружающую среду вредных веществ, и путем внедрения экологически чистых технологий производства и создание безотходного производства.

2. «Магнитогорский металлургический комбинат» как источник загрязнения окружающей среды

В данном разделе РГР рассмотрим общие сведения о ПАО «ММК», представим краткую характеристику коксохимического производства и основные загрязняющие вещества, выделяющиеся в результате деятельности ПАО «ММК».

2.1 Общие сведения о Магнитогорском металлургическом комбинате

На юге Челябинской области, в верхнем течении реки Урал, расположен город Магнитогорск, в котором действует одно из крупнейших в России промышленных предприятий - «Магнитогорский металлургический комбинат».

«Магнитогорский металлургический комбинат» осуществляет добычу железной руды, ее обогащение и переработку в чугун и сталь. После чего из полученного сырья изготавливаются листы для производства труб, оцинкованная сталь для машиностроения, а также листы с полимерным покрытием. [7]

Сырьевая база обеспечивается рудником в городе Бакале, а также (в перспективе) разработкой Приоскольского железорудного месторождения. По сравнению с основными российскими конкурентами («Евраз», «Северсталь», НЛМК, «Мечел»), ММК слабо обеспечен основным сырьём собственного производства: железорудное сырьё покупается в основном в Казахстане (ССГПО), коксующиеся угли -- в том числе у группы «Мечел».

На рисунке 4 представлена карта местонахождения ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Рисунок 4. Карта местонахождения ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат»

Магнитогорский металлургический комбинат - представляет собой металлургический комплекс с полным производственным циклом, начиная с подготовки железорудного сырья и заканчивая глубокой переработкой черных металлов. Общая площадь комбината составляет 11834,9 га.

Структура предприятия представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Структура предприятия ПАО «ММК»

На рисунке 6 представлены производственные мощности каждого цеха предприятия ПАО «ММК».

Рисунок 6. Производственные мощности цехов ПАО «ММК»

На примере «Магнитогорского металлургического комбината» рассмотрим коксохимическое производство (КХП), которое является одним из ключевых звеньев первого передела металлургического производства, обеспечивая топливом доменные печи, а также одним из основных источников выбросов.

2.2 Технологические операции коксохимического производства

Процесс переработки жидкого или твердого топлива путем его нагрева до высоких температур называют коксованием. Результатом становится твердый осадок, полученный в ходе переработки каменного угля и впоследствии используемый, как бездымное топливо высокого качества -- это и есть кокс. ММК располагает собственным коксохимическим производством. [3]

Технологическая схема коксохимического производства ПАО «ММК» представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Технологическая схема коксохимического производства ПАО «ММК»

Технологический процесс: Производство кокса сосредоточено на девяти коксовых батареях. Батарея состоит из множества коксовых колонок. Перед загрузкой в них уголь измельчают и обогащают, избавляя от примесей породы. В коксовую батарею попадает уже не просто уголь, а угольная шихта - специальная смесь определенных марок угля, подготовленная специалистами предприятия для производства кокса. В каждую колонку загружают около 20 тонн обогащенного и увлажненного угля -- шихты. Шихта, попадая в коксовую печь, нагревается до 1000-1100 градусов и превращается в спекшуюся массу - так называемый коксовый пирог.

Кокс производят при адской температуре около 1100 градусов Цельсия. Процесс спекания угольных частичек происходит без доступа воздуха. Коксовые печи «топят» вторичным доменным газом. Он сжигается в простенках между камерами коксовой батареи, тепло отдаётся кирпичной кладке стен и разогревает угольные массы.

Обслуживанием печей занимаются, так называемые, дверевые. Работать в непосредственной близости от раскалённого кокса - не самое простое дело. Несмотря на то, что коксовый пирог удерживается в печи за счёт своей плотной консистенции, какие-то части сырья всё равно просыпаются наружу при открытии печных дверей.

Одна из задач дверевого - подправлять и убирать просыпи расплавленных кусков. Далее эти куски увозятся от дверей с помощью движущейся конвейерной ленты. «Коксовый пирог» спекается 14-16 часов. Процесс коксования угольной массы идет от наружной стенки камеры к ее центру. После нескольких часов нахождения в печи, угольная шихта превращается в кокс. Затем, когда кокс будет готов, у камеры отводятся двери: с машинной стороны - косовыталкивателем, с коксовой стороны - двересъемной машиной. С коксовой стороны устанавливается коксонаправляющая ванна, под которую встает электровоз с тушильным вагоном. Машинистом двересъемной машины подается команда машинисту коксовыталкивателя на выталкивание коксового пирога. [4]

Процесс выгрузки готового кокса из печи -- довольно яркий и зрелищный. Раскаленную массу в вагон выталкивает специальное устройство. Коксовый пирог при этом рассыпается на мелкие куски.

Выгруженный кокс немедленно отправляют на охлаждение. Тушат его либо струями воды, либо «сухим способом» -- при помощи азота. Для этого к батарее каждые 15 минут подъезжает специальный состав с вагоном и едет в сторону тушильной башни. Когда такой вагон проезжает мимо - жар чувствуется даже на значительном расстоянии. Каждые 15 минут вагон доставляет сюда около 30 тонн кокса.