Загрязнение окружающей среды отходами предприятий черной металлургии

Работа по данной дисциплине с предложенной для меня темой была успешно защищена на отлично в Мурманском Государственном Гуманитарном Университете 22.01.14 ...

Введение ...……………………….……………………………………………3

Глава I. Загрязнение окружающей среды отходами предприятий черной металлургии……………………………………………………………………6
1.1. Загрязнение окружающей среды предприятиями черной металлургии……………………………………………………………..6
1.2. Классификации загрязнений…………………………………….…….11

Глава II. Воздействие отходов металлургических предприятий на экосистемы…………………………………………………………….………16
2.1. Воздействие вредных выбросов металлургических предприятий на человека, животных и растения….……………………………………16
2.2. Воздействие сточных вод металлургических предприятий на гидробионтов…………………………………………………………...26
2.3. Твердые отходы металлургических предприятий и их влияние на почву, ее обитателей, растения..………………………………………34

Заключение…………………………………………………………………....39
Список литературы……………………………………………………………41

Металлы играют в экономике любой страны исключительно важную роль. В то же время металлургия, в частности черная, является мощнейшим загрязнителем окружающей среды (ОС), экосистем.
Современное металлургическое предприятие по производству черных металлов имеет следующие основные переделы: производство окатышей и агломерата, коксохимическое, доменное, сталеплавильное и прокатное производства. В состав предприятий могут входить также ферросплавное, огнеупорное и литейное производства. Все они являются источниками загрязнения атмосферы и водоемов. Кроме того, металлургические предприятия занимают большие производственные площади и отвалы, что предполагает отчуждение земель (Ладыгичев, 2005).
Концентрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно пр евышают нормы. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается в таких металлургических городах России, как Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Челябинск, Череповец и др.
Вредное воздействие металлургических предприятий обуславливается рядом причин:
-недоучет при размещении городов экологического воздействия промышленных предприятий, в результате чего многие из них находятся в непосредственной близости к жилым районам;
-использование на старых металлургических заводах устаревших технологических процессов и технологического оборудования, при работе которого в атмосферу выделяется большее (по сравнению с современным производством) удельное количество загрязняющих веществ;
-недостаточная оснащенность технологических агрегатов системами очистки и обезвреживания и неэффективная работа действующих пыле- и газоочистных установок;
-значительное количество на предприятиях децентрализованных систем отвода и очистки газов и соответственно большое количество мелких источников загрязнения атмосферы с трубами относительно малой высоты.
Металлургическая отрасль находится на втором месте среди всех других отраслей промышленности по различным выбросам. Предприятия черной металлургии при извлечении металлов вынуждены использовать руду с очень низким содержанием полезных компонентов. Таким образом, на обогащение и плавку поступает огромный объем руды, а это, в свою очередь, порождает большие количества отходящих газов из неиспользуемых компонентов (цит. по Каменский, 2001).
Цель данной работы – исследование влияние выбросов предприятий черной металлургии на обитателей наземных и водных экосистем. Настоящая работа ставит также своей целью охарактеризовать особенности состава выбросов черной металлургии и определить их воздействие на растения, животных, обитателей почвы, гидробионтов, а также человека.
В рамках данной курсовой работы будут рассмотрены предприятия черной металлургии, их выбросы и влияние на ОС.
Объектом изучения послужат выбросы черной металлургии, представители животного и растительного мира. Предметом исследования реакции живых организмов на загрязнение окружающей среды объектами черной металлургии РФ. В рамках достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Охарактеризовать отходы производства черной металлургии;
2. Рассмотреть воздействие выбросов на различные компоненты биоты наземных и водных экосистем;
Работа имеет традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, заключение и библиографический список.
Во введении обоснована актуальность выбора темы, поставлены цель и задачи исследования.
В первой главе курсовой работы рассматриваются загрязнения окружающей среды предприятиями черной металлургии, дана классификация загрязнений.
Во второй главе оцениваются и анализируются выбросы предприятий черной металлургии и их воздействие на компоненты биоты наземных и водных экосистем.
Источниками информации для написания работы по теме «Влияние металлургической промышленности на флору и фауну Северо-запада России» послужили базовая учебная литература, результаты практических исследований, статьи и обзоры специализированных и периодических изданиях, справочная литература и прочие актуальные источники информации.

-чрезвычайно опасные, к которым относятся почти все тяжелые металлы;
-высоко опасные.
Производственные сточные воды делят на (Леонов и др., 2003):
-условно чистые – воды от охлаждения технологического оборудования (после очистки возвращаются в производство при добавлении чистой воды);
-грязные – резко отличаются по качественному составу не только на разных предприятиях, но и в условиях одного предприятия.
Металлы, попадающие в почву из выбросов и депонированных на полигонах отходов, можно разделить на три класса опасности (Гарин, 2003):
I – к примеру, мышьяк, ртуть, свинец, цинк;
II – кобальт, никель, молибден, медь, хром;
III – ванадий, марганец.
Промышленные твердые отходы кроме классификации по токсичности подразделяются на металлические, неметаллические и комбинированные. К неметаллическим отходам относят химически инертные (отвалы пустой породы, зола и т.п.) и химически активные (пластмассы, резина и т.п.); к комбинированным отходам относят промышленный и строительный мусор (Гарин, 2005).
Энергетические загрязнения ОС включают промышленные тепловые выбросы, а также все виды излучений и полей (Леонов и др., 2003).
Тепловые загрязнения биосферы в большей или меньшей степени присущи всем видам производств. Особенно нежелательно воздействие тепловых выбросов на водоемы, т.к. это нарушает водный экологический режим (Гарин, 2005).
В идеале предполагаются безотходные или малоотходные схемы промышленного производства. Поэтому все виды твердых промышленных отходов должны использоваться в виде вторичного сырья. В этом качестве также разработана промышленная классификация, согласно которой отходы подразделяются по физическим признакам на классы, по химическому составу – на группы и марки, по показателям качества – на сорта.
Промышленные отходы в России классифицируют по следующим критериям (Гарин, 2005):
-отраслям промышленности: черная и цветная металлургия, нефтяная, газовая и рудо- и угледобывающая;
-фазовому состоянию: твердые (пыли, шлаки), жидкие (растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединения серы);
-производственным циклам: добыча сырья (вскрышные и отвальные породы), обогащение (хвосты, шламы, сливы), гидрометаллургия (растворы, осадки, газы).
Данная классификация не отражает социально-экономической целесообразности и эффективности переработки отходов производства.
С точки зрения создания экономического механизма, регулирующего процессы переработки отходов металлургического производства, целесообразно классифицировать отходы следующим образом (Леонов и др., 2003):
1) По технологическому признаку:
-отходы текущего производства – остаточные продукты переработки минерального сырья за один производственный цикл;
-отходы шлаковых отвалов – остаточные продукты переработки минерального сырья, длительно хранящиеся в отвалах, золо- шламонакопителях и окислившиеся под воздействием атмосферы;
-вторичные отходы, образовавшиеся в результате переработки, т.е. остаточные продукты переработки отходов текущего производства и шлаковых отвалов.
2) По потенциальной социально-экономической эффективности переработки:
-коммерчески значимые – отходы, конечный продукт переработки которых имеет высокие потребительские свойства и востребован на рынке по коммерческим ценам, что может обеспечить потенциальный коммерческий эффект их переработки;
-экономически значимые – отходы, за счет вовлечения которых в переработку решаются проблемы обеспечения металлургии сырьем, и экономическая целесообразность переработки которых определяется с учетом всего комплекса сопутствующих эффектов;
-экологически значимые – отходы, переработка которых необходима и целесообразна с экологических позиций.
Экологически опасные отходы, не принятые в переработку, подлежат захоронению.
Помимо вышеперечисленных классификаций загрязнений существует деление вредных веществ по степени опасности (Венцюлис и др., 2007):
I – чрезвычайно опасные (ПДК <0,1 мг/м3), примеры – свинец, ртуть, бериллий, озон и др.;
II – высоко опасные (ПДК 0,1-1,0 мг/м3) – окислы азота, йод, марганец, медь, хлор, кремнезем, сероводород, едкие щелочи;
III – умеренно опасные (ПДК 1,0-10 мг/м3) – окислы серы, железа, ацетон;
IV – малоопасные (ПДК >10мг/м3) – аммиак, СО2, бензин, скипидар.
Отдельно необходимо упомянуть о радиоактивном загрязнении. В черной металлургии радиоактивные индикаторы могут применяться в сталеплавильном производстве для исследования гидродинамики металла и шлака, причин появления неметаллических включений в слитках, скорости кристаллизации и т.д., в прокатном производстве, например, как неразрушающие методы контроля), в агломерационном производстве (исследование подготовки и окускования шихты), в доменном производстве, например, для слежения за газовыми потоками (цит. по Гарин, 2003).
Глава II. Воздействие отходов металлургических предприятий
на компоненты экосистем
2.1. Воздействие вредных выбросов металлургических предприятий на человека, животных и растения
Все известные технологические процессы, производства чугуна, стали и их последующего передела сопровождаются образованием больших количеств отходов в виде вредных газов и пыли, шлаков, шламов, сточных вод, содержащих различные химические компоненты, скрапа, окалины, боя огнеупоров, мусора и других выбросов, которые загрязняют атмосферу, воду и поверхность земли. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы до медленного и постепенного разрушения. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние.
Все металлургические переделы являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы.
Современное металлургическое предприятие является сложным производственным комплексом, включающим самые разнообразные цехи, а иногда отдельные заводы, которые в значительной степени ухудшают состояние ОС (Денисенко, 1989).
В доменном производстве выделяются дополнительно сероводород и оксиды азота, в прокатном – аэрозоли травильных растворов, пары эмульсий и оксиды азота. Наибольшее количество выбросов – в коксохимическом производстве (Венцюлис, 2007). Здесь кроме перечисленных загрязнителей можно отметить пиридиновые основания, ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, 3-4-бензопирен, синильную кислоту и др. (Денисенко, 1989). К примеру, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных, негативно влияют осадки на растения, нарушая их жизненный цикл, приводят к разрушениям почвенного покрова. Наличие в атмосфере сернистых газов препятствует фотосинтезу растений. При концентрации диоксида серы в воздухе более 0,9 мг/м3 происходит изменение процессов фотосинтеза растений – через 5-10 дней хвоя сосны, ели начинает рыжеть и преждевременно опадает (Богдановский, 1994). Установлено, что смесь диоксида серы и оксида углерода при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма.
На долю предприятий черной металлургии приходится 15-20% общих загрязнений атмосферы промышленностью, что составляет более 10,3 млн. т вредных веществ в год, а в районах расположения крупных металлургических комбинатов – до 50%. В среднем на 1 млн. т годовой продукции заводов черной металлургии выделение составляет, т/сутки: пыли - 350, сернистого ангидрида – 200, оксида углерода – 400, оксидов азота – 42 (Воронцов, 1986). Диоксид азота это бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Он сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному нарушению организмов. Оксид азота в воздухе при превышении его ПДК вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышение сопротивления дыхательных путей. Патологические эффекты проявляются в том, что диоксид азота делает организмы более восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. Попадая в организм, диоксид азота при контакте с влагой образует азотистую и азотную кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. При этом стенки альвеол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемыми, что пропускают сыворотку крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Особенно опасны данные соединения, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси (Денисенко, 1989). Смог с участием диоксида азота оказывает на растения отрицательное воздействие. Могут воздействовать на растения тремя путями: а) непосредственный контакт с растениями из воздушной среды; б) образующейся за счёт атмосферной влаги сильнодействующей азотной кислотой; в) участием в образовании таких сильных окислителей как озон и пероксоацилнитраты. Прямое воздействие диоксида азота на растения наблюдается визуально по пожелтению или побурению листьев и игл деревьев, происходящему в результате окисления хлорофилла. Отрицательное биологическое воздействие на растения проявляется в обесцвечивании листьев, увядании цветков, прекращении плодоношения и роста. Нарушения роста растений при воздействии диоксида азота наблюдаются при концентрациях 0,035 мг/м3 и выше. Это значение является предельной концентрацией, выше которой возможна гибель растений. Опасность повреждения растительности диоксидом азота существует только в больших городах и промышленных районах, где средняя концентрация диоксида азота составляет 0,02-0,03 мг/м3, т.е. достигает по средней величине максимально допустимых для растений значений (Лозановская, 1998).
Разрушительное действие диоксида азота на растения усиливается в присутствии диоксида серы. Это подтверждено на опытах, проведенных со следующими породами деревьев: тополь черный, береза плакучая, ольха белая, липа мелколистная. Эти газы обладают синергизмом, и в атмосфере зачастую присутствуют вместе. В то время как действие одного диоксида азота многие растения переносят в концентрации до 0,035 мг/м3, в присутствии диоксида серы такое же количество диоксида азота может нанести им ущерб (Воронцов, 1986).
Озон значительно токсичнее оксидов азота при действии на растения. Чувствительные виды растений уже после часовой обработки озоном при концентрации 0,05-0,10 мг/м3 проявляются признаки угнетения (белая или коричневая крапчатость). Озон также изменяет структуру клеточных мембран, вследствие чего можно наблюдать серебристую пятнистость листьев. При воздействии озона также окисляются пигменты и листья обесцвечиваются. На глянцевом слое кожицы листьев и игл проявляются трещины, и лист становится хрупким. Кроме того, в трещинах могут прорастать грибные споры, проникающие затем вглубь листа и разрушающие его. Этот инфекционный процесс является одной из причин гибели лесов. При окислительных процессах с участием озона в клетках растений может выделяться этилен, вызывающий опадание листьев и игл деревьев. Результатом воздействия высоких концентраций озона является штриховая исчерченность листьев. Установлено, что озон влияет на цитрусовые растения, приводит к чрезмерно раннему созреванию плодов и опаданию их до достижения нормальных размеров. Специальное исследование, проведенное с четырьмя видами сельскохозяйственных растений (соя, кукуруза, пшеница и земляной орех), показало, что высокая концентрация озона в воздух приводит к потере урожая (Лозановская, 1998).
Основными источниками загрязнения атмосферы выбросами металлургических предприятий являются коксохимическое, агломерационное, доменное, ферросплавное и сталеплавильное производства (Гарин, 2003).
В воздух рабочей зоны на металлургических предприятиях поступает пыль, аэрозоли из частиц железа и его соединений. При воздействии на кожу соединений железа возможны аллергические дерматиты, при вдыхании такого воздуха происходит раздражение дыхательных путей, разрушение легких, плевры, нарушения функции печени, желудочные заболевания. При окислении железа кислородом воздуха при выпуске чугуна из доменной печи в большом количестве образуется бурый дым оксида железа Fe2O3, который вызывает патологические изменения функции легких. Аэрозоли (пыль, дым) железа и его оксидов, руд и других соединений при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают специфическое заболевание легких – сидероз. (Зубицкий и др. 1997) Различают, так называемый «красный сидероз», вызываемый оксидом железа (III) и «черный сидероз», возникающий от вдыхания пыли железа, его карбонатов и фосфатов.
Коксохимическое производство загрязняет атмосферу окислами углерода и серы. На 1 т перерабатываемого угля выделяется около 0,75 кг SO2 и по 0,03 кг различных углеводородов и аммиака. Кроме газов, коксохимическое производство выделяет в атмосферу большое количество пыли. Имеются данные, что при производстве кокса на 1 т перерабатываемого угля выделяется около 3 кг угольной пыли. Также большое количество пыли выделяется при разгрузке и перегрузке угля, в среднем 0,005% от массы угля. На аглофабриках источниками загрязнения воздуха являются аглоленты, барабанные и чашевые охладители агломерата, обжиговые печи, узлы пересыпки и сортировки агломерата и других компонентов шихты (Лобов, 1992). Количество агломерационных газов 2,5-4,0 тыс. м3/т полученного агломерата с содержанием в них пыли от 5 до 10 г/м3. В состав газов входят оксиды серы и углерода, а пыль содержит железо и его оксиды, оксиды марганца, магния, фосфора, кремния, кальция, иногда частицы титана, меди, свинца (Зубицкий и др. 1997).
Оксид углерода это бесцветный газ, не имеющий запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. В воздухе имеет естественное содержание 0,01-0,9 мг/м3. Предельно допустимая концентрация оксида углерода в атмосферном воздухе установлена: среднесуточная – 3 мг/м3, максимальная разовая (за 20 мин) – 5 мг/м3 (Гарин, 2003). Оксид углерода чрезвычайно ядовит. Он вдыхается вместе с воздухом и поступает в кровь. Оксид углерода, имея двойную химическую связь, соединяется с гемоглобином более прочно, чем молекула кислорода. Чем больше содержится оксида углерода в воздухе, тем больше гемоглобина связывается с ним и тем меньше кислорода достигает клеток организма. Нарушается способность крови доставлять кислород к тканям, появляются спазмы сосудов, снижается иммунологическая активность организмов. Для человека это сопровождается головной болью, потерей сознания и даже смертью. Оксид углерода также нарушает обменные процессы азота и фосфора. Нарушение азотистого обмена вызывает азотемию, изменение содержания белков плазмы, снижение активности холинэстеразы крови и уровня витамина В6. Угарный газ влияет и на углеводный обмен, усиливает распад гликогена в печени, нарушая утилизацию глюкозы и повышая уровень сахара в крови. Больше всего при отравлении оксидом углерода страдает центральная нервная система. Чрезвычайная ядовитость оксида углерода, отсутствие у него цвета и запаха делают этот газ особенно опасным (Рассашко, 2003).
Доменное производство характеризуется образованием большого количества доменного газа (≈ 2-4 тыс. м3/т чугуна). Этот газ содержит оксиды углерода и серы, водород, азот, некоторые другие газы и большое количество колошниковой пыли (до 150 кг/т чугуна). Пыль содержит окислы железа, кремния, марганца, кальция, магния, частицы шихтовых материалов. Данные соединения угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. Д (Рассашко, 2003). Пыль, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организмов растений и животных.
Основные источники загрязнения воздуха при производстве ферросплавов – электродуговые печи. Выбросы этих печей состоят из нетоксичной и токсичной пыли (окислы железа, меди, цинка, свинца, хрома, кремния, газы). В зависимости от вида выплавляемого сплава и мощности печей суммарное количество пыли, образующейся в результате технологических процессов, может составлять сотни тонн в сутки (Коробкин, 2005). Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки. При этом Cr+6 и пыль обнаруживают на расстоянии до 3 км от источника загрязнения. Заводы, выплавляющие ферросилиций, загрязняют атмосферный воздух в радиусе 2-3 км мельчайшими частицами SiO2, наибольшее содержание которых наблюдается на расстоянии около 0,5 км от предприятия (Зубицкий и др. 1997).
Промвыбросы феррованадиевого производства загрязняют атмосферу пылью, окислами ванадия, хлористого водорода на расстоянии до 2 км от завода. При производстве чугуна и стали количество вредных выбросов также зависит от вида плавильного агрегата. Так, при производстве чугуна в литейном производстве, наибольшее количество выбросов зарегистрировано при использовании вагранок (количество газов достигает 1 тыс. м3/т чугуна). В них содержится 3-20 г/м3 пыли, 5-20% CO2, 5-17% СО, до 05% SO2 (Коробкин, 2005). Основной составляющей пыли является кремнезем – до 45%. В электродуговых печах на каждую тонну жидкой стали образуется 10-20 кг пыли из соединений железа, марганца, алюминия, кремния, магния, хлора, хрома и фосфора. Для сравнения, при плавке в индукционных печах образующихся пыли и газов в 5 раз меньше (Зубицкий и др. 1997).
Большое количество вредных выбросов образуется и при подготовительных работах, и при последующей обработке металла. При выпуске чугуна из вагранки, например, в заливочные ковши на 1 т выделяется до 20 г графитовой пыли и до 130 г СО. Смесеподготовительные отделения являются источниками выделения кварцевой пыли, сульфитного щелока, углеводородов и ряда др. органических примесей (Лозановская, 1998). 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. 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 (Леонов и др, 2003).