Влияние металлургического комплекса на окружающую среду

1.4. Стокообразование и водоотведение на предприятиях черной металлургии.

 

     Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды. Из общего количества воды, потребляемой предприятиями из источников, до 10-15 % составляют безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, приготовлением химически очищенной воды, потерями в технологических процессах и др. Остальная вода после использования возвращается в водоем в виде сточных вод.. Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. Доля водопотребления и водоотведения составляет: на охлаждение оборудования - 49%, очистку газов и воздуха - 26%, обработку и отделку металла - 12%, гидравлическую транспортировку отходов производства - 11%, прочие нужды - 2%

1.4.1. Влияние выпуска сточных вод металлургических предприятий на санитарное и общеэкологическое состояние водоемов.

 

     При сбросе загрязненных сточных вод металлургических комбинатов в водоеме резко увеличивается содержание взвешенных веществ, значительная часть которых осаждается вблизи места выпуска. Отложения осадка в водоеме могут достигать нескольких десятков сантиметров и служить источником вторичного загрязнения. Параллельно с этим отмечаются уменьшение прозрачности и появление специфической бурой окраски воды.

В водоеме, куда сбрасываются стоки металлургических заводов, могут наблюдаться также повышение температуры воды, некоторое увеличение окисляемости и биологической потребности кислорода, ухудшение кислородного режима. В отдельных случаях отмечается наличие маслянистой пленки на поверхности воды и появление токсичных веществ. Поступление токсичных веществ наряду с наличием высоких концентраций мелкодисперсной взвеси, может привести к гибели водных организмов и нарушению естественных процессов самоочищения.

     Особо неблагоприятные условия могут создаваться при сбросе сточных вод металлургических заводов в водохранилище. Наблюдаемые в таких зарегулированных водоемах слабое перемешивание и замедленное течение приводят к резкому ухудшению санитарно-гигиенического состояния водного объекта.

     Поступление в поверхностные водоемы, особенно маломощные, больших количеств загрязненных сточных вод металлургических заводов может заметно ухудшить санитарный режим на значительном протяжении, затрагивая интересы многих водопользователей.

     Этим определяется важность проведения технологических мероприятий с целью исключения отрицательного влияния сброса сточных вод металлургических заводов на санитарные условия водопользования и здоровье населения.

1.4.2. Организационные и технические мероприятия по внедрению рациональных и экологически эффективных схем водопотребления и водоотведения.

 

     Высокие нормы удельного водопотребления и большие объемы сбросов в водоемы есть результат несовершенства технологических процессов и схем, на которых построено промышленное производство. Большое количество отходов при современных методах промышленного производства не является неизбежным, оно может быть сокращено путем создания новых, более современных технологических методов. Важнейшей составной частью перестройки технологических процессов на безотходный режим является сокращение водопотребления, направленное, в конечном счете, на создание производства без сброса сточных вод в водоемы.

     Расход воды, идущей на охлаждение металлургических агрегатов, может быть значительно сокращен за счет расширения объема внедрения испарительного охлаждения доменных, мартеновских и нагревательных печей.

     Использование сухих методов очистки газов позволяет сократить водопотребление на 15-20 % .

     Одним из основных путей сокращения расхода свежей технической воды до уровня неизбежных безвозвратных потерь является комплексное использование внутри предприятия и внедрение систем очистки и стабилизации воды, отвечающих требованиям производственной и экологической надежности. В зависимости от конкретных условий металлургического предприятия комплексное использование воды достигается следующими путями:

     1) последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями;

     2) переход от локальных к централизованным системам водоснабжения групп цехов с идентичными требованиями к качеству воды (при этом происходит усреднение качества воды, что, как правило, способствует ее стабилизации и интенсификации процесса очистки);

     3) централизованная аккумуляция случайных сбросов, дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования . 

Системы оборотного водоснабжения и комплексной очистки сточных вод. Создание систем бессточного водоснабжения требует глубокой оценки качества воды, точного определения источников и величины безвозвратных потерь, максимально возможного упрощения общезаводской схемы водоснабжения. Основным требованием к качеству воды, определяющим необходимость продувки систем оборотного водоснабжения, является ее стабильность: химический состав оборотной воды должен исключать образование отложений и коррозию.

     Для предотвращения отложений в системах оборотного водоснабжения металлургических предприятий целесообразно использовать реагенты на основе композиций из фосфорсодержащих и поверхностно-активных реактивов. Метод основан на непрерывной гидрофобной защите поверхностей от карбонатных отложений путем введения в оборотную воду кроме фосфатов оксигидрильных поверхностно-активных реагентов, снижающих энергию взаимодействия защищаемой поверхности и кристаллизующихся солей. Поверхностно-активные вещества прочно адсорбируются на защищаемой поверхности, и при взаимодействии солей образуются не плотные отложения, имеющие прочное сцепление с поверхностью, а рыхлые, шламистые, легко выносимые из системы потоком воды.

     Наиболее эффективная гидрофобная защита достигается при использовании омыленных кубовых остатков от производства синтетических жирных кислот. Кроме того, для широкого внедрения на металлургических предприятиях рекомендуется реагент ИОМС - ингибитор отложений минеральных солей, показавший высокую эффективность в системах водоподготовки для промышленных котельных. Создание замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства металлургических предприятий предусматривает обессоливание продувочных вод на заводских деминерализационных установках с возвратом полученной чистой воды в производственный процесс. С целью снижения капитальных затрат на сооружение выпарных установок можно рекомендовать использовать дебалансовые и продувочные воды в качестве исходной воды для промышленных котельных и котлов-утилизаторов, стоящих за металлургическими печами. Пройдя обычную водоподготовку с применением механических, сорбционных и натрий-катионитовых фильтров, слабозагрязненные дебалансовые воды могут быть доведены по качеству до стандартов питательной воды для котлов среднего давления.

     Использование данного приема позволяет с минимальными затратами увеличить степень использования воды в обороте и значительно сократить сброс сточных вод. Одним из основных направлений промышленной экологии является внедрение современных методов очистки промышленных сточных вод, что уменьшает степень загрязнения водоемов-приемников сбросов металлургических предприятий.

     Для интенсификации механической очистки сточных вод можно рекомендовать новые конструкции сооружений, характеризующиеся повышенной пропускной способностью и высокой эффективностью: безнапорные гидроциклоны, радиальные отстойники с камерой флокуляции, фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой, сетчатые самопромывающиеся фильтры, магнитно-дисковые аппараты и т.д. Эти сооружения требуют меньших площадей и меньших капитальных и эксплуатационных затрат.

1.5. Твёрдые отходы черной металлургии и их применение.

 

     На предприятиях черной металлургии нашей страны ежегодно образуется свыше 70 млн. т металлических шлаков. Для различных нужд народным хозяйством используется около половины (53%) эти шлаков, а остальное выбрасывается в отвалы. При этом использование доменных шлаков достигает 80%, а сталеплавильных - 20-30%. Если учесть, что кроме шлаков в металлургическом производстве образуется еще много и других видов твердых отходов агломерационного, доменного, сталеплавильного производства, горячего проката, травления металлов в виде различных по составу шламов, пылей, то общий объем современного использования твердых отходов металлургического цикла можно принять равным 35-55%. В среднем на 1 т чугуна образуется около 400-500 кг шлаков.

     К твердым отходам сталеплавильного производства следует отнести мартеновские шлаки (кислые и щелочные). Это кусковой материал размером порядка 500 мм, плотностью 3,5-4 г/см3 и температурой плавления 1500-16000С.

Примерный химический состав щелочных шлаков:

15-20% SiO2

1-3% Al2O3

40-45% CaO

8-12% MgO

5-8% MnO

5-15% FeO

1-3% P2O5

0,1-0,3% S

Примерный химический состав кислых шлаков:

52-60% - SiO2

5-8% - Al2O3

18-25% - MnO

8-14% - FeO

2-4% - CaO

     В настоящее время применяется несколько методов их переработки в зависимости от цели использования.

     Расплавленный шлак, выходящий из доменной печи, можно охлаждать на воздухе. При этом шлак дробят, электромагнитами извлекают из него включения железа. Дробленный доменный шлак используют на строительных работах взамен щебня или заполнителя в бетоны; в качестве фильтрующего материала для очистки сточных вод; как сырье для производства шлаковой изоляционной ваты, кровельных материалов.

При обработке расплавленного шлака водой или паром получают пористый шлак, который используется в производстве легкого кирпича, пемзы, легкого бетона, фильтрующих материалов.

     В настоящее время основным способом переработки шлаков является их гранулирование - получение в виде мелких зерен размерами около 1 см. Такие гранулированные доменные шлаки в комбинации с каменными материалами пригодны для устройства дорожных покрытий. После обработки вязкими битумами гранулированные доменные шлаки с успехом могут заменять горячие асфальтобетонные смеси, причем битумошлаковое покрытие в 2.5 раза дешевле асфальтобетонных.

     Из доменных шлаков можно также получать стеклокристаллические материалы с хорошими физико-химическими и физико-механическими свойствами. Такие минераловатные изделия употребляют в строительстве в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов.

     Возможна переработка доменных шлаков на удобрения, в основном тех, которые содержат фосфаты. Кроме того, наличие в шлаке до 60% СаО не только способствует питанию растений, но и снижает кислотность почвы, разрыхляет ее, способствует удержанию влаги. Содержание в шлаке магния и других микроэлементов необходимо для многих процессов жизнедеятельности растений.

     Металлические шлаки являются эффективным заменителем природных каменных материалов, используемых при строительстве автомобильных и железных дорог. Такой шлаковый щебень легко уплотняется в процессе укатывания и образует прочное монолитное дорожное основание. В Англии, США, Японии, Германии используют в основном для автодорожного строительства именно шлаковый щебень, поскольку дороги на его основе отличаются высокой прочностью, большой морозостойкостью, длительными сроками службы и меньшими затратами на сооружение (на 14-15%).

     Около половины сталелитейных шлаков идет на изготовление щебня, примерно 1/3 - в виде флюса в доменную шихту, а остальное перерабатывают на минеральные удобрения и раскислители почвы.