Министерствообразования и науки Украины
Донецкий Национальныйуниверситет
Реферат
Токсическиеотходы Донбасса
Выполнила:
студентка группы 4-А
Полева Е.Л.
Проверила:
доц. Басенкова В.Л.
Донецк, 2010
Донбассявляется одним из главных индустриальных районов Украины, где на сравнительнонебольшой площади сосредоточенно значительное количество крупнейших, крупных,больших, средних и малых городов, населенных пунктов городского типа спромышленной ориентацией. Донецкая и Луганская области, формирующие ЦентральныйДонбасс, имеют самый высокий удельный вес городского населения (90% и 87%соответственно) при значительной плотности населения и ограниченных возможностяхсвоего обеспечения. В течение последнего времени ландшафты восточной частиУкраины испытывают значительные техногенные нагрузки и интенсивно накапливаюттоксические вещества. Значительную часть территории края занимают карьеры,являющиеся следствием добычи полезных ископаемых открытым способом,шламонакопители, отстойники, хранилища, а также породные отвалы — терриконы. Ихобщее число в Донецкой и Луганской областях превышает 1000, а площадь, которуюони занимают, сопоставима с Хаджибейским или Сасик-Сивашским лиманами. Исходяиз вышесказанного, Донбасс относится к районам с очень высокими абсолютнымиобъемами создания и накопления промышленных отходов. Проявлением этогоявляется выраженное, а в ряде городских агломераций и чрезмерное антропогенноевоздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу края. Как следствие, большимдефицитом в городах региона являются доброкачественная питьевая вода,экологически безопасные продукты и чистый воздух. Свою лепту в загрязнениеокружающей среды вносят все ведущие отрасли промышленности ЦентральногоДонбасса, но особенно велика роль шахт, тепловых электростанций,металлургических, коксохимических, нефтеперерабатывающих, химическихпредприятий и транспорта. В настоящее время выхлопные газы автомобильныхдвигателей являются одним из основных загрязнителей атмосферы вообще иприземного слоя воздуха городов края в частности .
Анализданных проведенных исследований показывает, что в воздушной среде городовДонбасса фиксируются аномальные концентрации таких высокотоксичных веществ какртуть, свинец, цинк, медь, никель, хром, марганец, бериллий, ванадий, кадмий,хлор, фтор, аммиак, органические летучие соединения, серная, соляная и азотнаякислоты. Состояние воздушного бассейна в Центральном Донбассе определяетсявыбросами предприятий топливно-энергетического комплекса и основных отраслейпромышленности, а также наличием взаимовлияния городов за счет образованияагломераций (Донецк-Макеевка-Харцызск, Дзержинск-Горловка-Енакиево,Славянск-Краматорск-Дружковка-Константиновка, Шахтерск-Торез-Снежное,Стаханов-Брянка-Алчевск-Перевальск и Рубежное-Лисичанск-Северодонецк).Существенный вклад в загрязнение воздуха вносят неорганизованные выбросы оттерриконов, особенно горящих.
Взависимости от основных отраслей промышленности, которые в каждом конкретновзятом населенном пункте определяют загрязнение окружающей среды, все городаДонбасса можно разделить на несколько основных групп:
–с преобладанием угольной промышленности (Доброполье, Красноармейск, Селидово,Торез, Шахтерск, Снежное, Антрацит, Красный Луч, Ровеньки, Свердловск,Краснодон, Первомайск, Кировск Луганская области);
–где доминируют металлургические предприятия (Енакиево, Алчевск);
–“смешанная группа” городов с наличием предприятий различного профиля (Донецк,Горловка, Макеевка, Константиновка, Дружковка, Харцызск, Дзержинск, Славянск,Краматорск, Артемовск Донецкой области, Луганск, Стаханов, Рубежное, Лисичанск,Северодонецк).
Спадпромышленного производства за последние годы отразился на состоянии загрязненияатмосферного воздуха в городах. Так, если в конце 80-х — начале 90-х годовпоказатель удельного веса исследований выше ПДК находился на уровне 30 %, то внастоящее время он практически снизился в 2 раза. Однако, густая сетьтранспортных артерий (автомобильных и железных дорог, продуктопроводов) со всеувеличивающимися нагрузками постоянно оказывает свое отрицательное воздействиена окружающую среду. Автомобили, подвижный состав на железной дороге,периодически возникающие аварии на газо-, нефте-, аммиакопроводах, очистныхустройствах и сооружениях вносят существенную лепту в общий баланс техногенныхнагрузок на всех урбанизированных территориях Центрального Донбасса. Необходимоотметить, что к числу городов, имеющих стабильно высокие показатели загрязнениявоздушного бассейна, относятся Макеевка, Краматорск, Константиновка, Алчевск,Стаханов, Енакиево, где в отдельные годы постоянно регистрируется от 16,0% до39,7% случаев превышения ПДК. В структуре загрязнений основное место занимаюттакие газы как окись углерода, двуокись серы, окислы азота и сероводород.Воздушная среда в этих городах оценивается как вредная для здоровья их жителей.Вредные и опасные вещества, постоянно присутствующие в воздухе промышленныхгородов, оказывают неблагоприятное воздействие на жилые районы (селитебнуюзону) и зеленые массивы, представленные скверами, парками и лесонасаждениями(рекреационную зону). Длительный экономический кризис в стране привел к тому,что предприятия зачастую вынуждены работать с отклонениями от нормального режима.Это периодически сопровождается залповыми выбросами в окружающую средувысокотоксичных химических соединений, являющихся экологическим фактором рискавозникновения патологических нарушений в организме людей.
Врезультате интенсивного загрязнения недостаточно очищенными и плохообеззараженными стоками промышленных предприятий, очистных сооруженийхозяйственно-бытовой канализации малых рек Донбасса вода последних давно сталанепригодной для питьевых целей. Степень загрязнения реки Северский Донец — основного источника водообеспечения Центрального Донбасса — оценивается какумеренная. Однако наметилась тенденция к ухудшению качества воды этой рекинесмотря на резкое сокращение объема промышленного производства. Так,превышение норм по сухому остатку составляет 2 раза, общей жесткости — 1,8раза, нефтепродуктов — 2 раза, фенолов в отдельные периоды — до 6 раз. Уровеньбактериального загрязнения Северского Донца больше нормативов в 2-8 раз,содержание коли-фагов — в 1,2-12 раз. Степень загрязнения Азовского морясоздает в настоящее время реальную угрозу для всей экосистемы прилегающихтерриторий, а в летнее время и потенциально небезопасную эпидемическую ситуациюиз-за наличия в воде возбудителей кишечных заболеваний. В связи с закрытиеммногих угольных шахт в ряде городов изменился уровень стояния грунтовых вод ипоявилось новое, необычное для относительно малообеспеченного водой региона,явление — подтопление ряда населенных пунктов. Это, прежде всего,многочисленные шахтные поселки, составляющие предместья больших и среднихгородов Центрального Донбасса.
ВКонцепции (основах государственной политики) национальной безопасности Украинысреди опасностей, грозящих стране в экологической сфере, декларируетсянеэффективное использование природных ресурсов и широкое применениеэкологически вредных и несовершенных технологий. Однако этот же авторуказывает, что, начиная с 1991 года, происходит ежегодное уменьшениефинансирования мероприятий по охране окружающей среды и рациональномуиспользованию природных ресурсов. О внедрении экологически безопасныхтехнологий речи не идет вообще. Складывается парадоксальная ситуация, когдапостоянно увеличивается загрязнение всех основных сред биосферы на фонеснижения объема промышленного производства. Отсутствие эффективных технологийутилизации токсических веществ приводит к накоплению стойких неорганических иорганических загрязнителей в воде, почве городов и прилегающих территорий. Это,прежде всего, тяжелые металлы, кадмий и пестициды. Фактически ЦентральныйДонбасс в настоящее время представляет собой техногенную резервацию, где назначительной территории чередуются промышленные и жилые зоны, а условия жизнилюдей являются неудовлетворительными из-за интенсивного загрязнения биосферыпылевыми и газовыми выбросами, тепловыми и шумовыми выделениями от промышленныхисточников и транспорта. При разработке и реализации концепции экологическойбезопасности страны необходимым условием представляется создание отечественныхстандартов, аналогичных Европейским нормам ЕМАS и стандартам ISO 14000.
Вчерной металлургии Украины при полном освоении мощностей суммарное количествоежегодно теряемого железа составляло 35млн.т, половина его потерь приходится нагорнорудную промышленность, где оно в основном содержится в отходах,представляющих слабомагнитные окисленные руды, хвосты обогащения и вскрышныепороды. На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 10млн.тжелезосодержащих отходов (отсевы агломерата, окатышей, извести, шламы, пыли,окалина, сварочный шлак и др.), которые утилизируются не полностью. Наиболеетрудноутилизируемыми являются шламы, которые используются всего наполовину.
Помиможелезосодержащих отходов, в народном хозяйстве Украины на всех стадияхиспользования минерального сырья и топлива ежегодно образуется около 2млрд.тотходов, что требует отвода 7тыс.га земли. В отвалах накоплено около 20млрд.тотходов, которые могут быть источниками сырья для культивации поверхностилитосферы и стройиндустрии. Например, отходы обогащения руд могут успешноиспользоваться в качестве строительного сырья и для получения различных изделийдля стройиндустрии.
Наметаллургических предприятиях Украины заскладировано более 70млн.т.железосодержащих шламов, из которых только 20млн.т не разубожены отходамидругих производств и могут быть после соответствующей подготовки утилизированыв агломерационном производстве взамен первичного природного железорудногосырья.
Кромеэтих шламов, на Николаевском и Днепровском алюминиевых заводах накоплено более20млн.т. красных шламов, которые несмотря на многочисленные предлагаемыеспособы их утилизации, тоже не находят применения. Образование красных шламовсоставляет 1,3т/т глинозёма. Эти шламы удерживают влажность порядка 50% дажепри длительном хранении, что усложняет технологию их подготовки для комплекснойпереработки.
Из-занерешаемости вопроса утилизации трудноподготавливаемых шламов и хвостовобогащения сложилась катастрофическая проблема дальнейшего их складирования вдорогостоящих сложных гидротехнических сооружениях. Вблизи предприятийсвободных отрицательных форм рельефа местности для организации хвостохранилищ ишламонакопителей практически нет. Продолжающееся складирование шламов и хвостовобогащения удорожает себестоимость основной продукции и требует отвода новыхземельных угодий. Это в конечном итоге усугубляет и до того сложное состояниеокружающей природной среды в промышленно-развитых регионах и в Украине в целом.
Проведенныйнами анализ качества заскладированных отходов показал, что в техногенныхместорождениях содержатся не только минеральные составляющие, применяемые встройиндустрии, но и ценные металлы, пригодные для чёрной и цветнойметаллургии. В этих месторождениях в некоторых случаях содержатся промышленныеконцентрации чёрных, легирующих, цветных, редких, редкоземельных и даже драгоценныхметаллов. Себестоимость извлечения и переработки этих металлов из указанныхместорождений будет ниже, чем извлечение их из природного сырья, запасы которыхв Украине ограничены или вообще отсутствуют. Например, красные шламы являютсяотходами глинозёмного производства, сырьё для которого украинские предприятияимпортируют из Африки.
Всталеплавильных шламах содержатся промышленные концентрации цинка и свинца. Этишламы заскладированы в шламонакопителях, в которых содержится до 50тыс.т цинкаи свинца в виде оксидов. Масса этих компонентов ежегодно возрастала на10тыс.т/год при полной производительности сталеплавильных цехов. В тоже времяпотребность чёрной металлургии в этих металлах с каждым годом увеличивается.
Комплексныйподход глубокой переработки вторичного сырья позволит создать экологическичистые технологии, произвести структурную перестройку ряда отраслейпромышленности из сырьевых добывающих в наукоемкие перерабатывающие сполучением черных, цветных, редких, и других металлов, а также созданиекомпозиционных строительных материалов различного назначения при использованиисиликатных остатков.
Сцелью определения рациональных путей комплексного использования отходовпроизводства и оценок эффективности применения различных технологий споследующей разработкой научно-обоснованной тактики и стратегии их решения,нами выполнен анализ различных технологических способов переработки иутилизации техногенных месторождений из отходов металлургического производства.
Сталеплавильные(мартеновские, конвертерные и электросталеплавильные) шлаки представляют собойосновной попутный продукт при производстве черных металлов. Их удельный выходсоставляет в среднем 160-170кг/т стали. Эти шлаки представляют собой ценныйматериал для использования в качестве оборотного продукта для самой чернойметаллургии, так как в них содержится более 80% ценных компонентов. Эти шлаки восновном используются в стройиндустрии, но значительная часть их вывозится вотвалы. Это особенно наблюдается в последние годы. Переработка шлаков позволяетповысить эффективность технологических процессов металлургического производстваи получить значительную экономию природных ресурсов.
Приполном освоении мощностей металлургических агрегатов использованиесталеплавильных шлаков на заводах Украины достигало 10,7% от их выхода (около440тыс.т/год), а на Енакиевском металлургическом заводе эта доля достигала 50%.
Выборнаправления использования шлаков определяется тремя основными показателями:
–металлургической ценностью шлака, которая определяется его химическим составом;
–степенью подготовленности шлака для конкретных переделов;
–требованиями, предъявляемыми к металлургическому переделу, в которомиспользуется оборотный продукт.
Сэтой точки зрения наибольший интерес представляют конвертерные шлаки текущеговыхода и ранее заскладированные в отвалах.
Мартеновскиеи электросталеплавильные шлаки используются в меньшей степени.
Наметаллургических заводах накоплены миллионы тонн металлургических шлаков.Обычно доменные шлаки заскладированы в отвалах отдельно от сталеплавильных. Этишлаки используются в стройиндустрии. При разработке отвалов доменных шлаковдополнительно извлекается магнитной сепарацией до 5% металла в виде корольков,которые используются в сталеплавильных процессах.
Отвальныесталеплавильные шлаки содержат больше металла (10-15%). Кроме этого,минеральная часть шлаков зачастую пригодна для металлургических процессов(агломерация, доменное и литейное производство). Если сталеплавильные шлакииспользуются в качестве оборотного продукта, то нет необходимостидополнительного извлечения металла, а если минеральная часть используется длястройиндустрии, то организуются специальные участки для извлечения металла.
Наотвалах мартеновских шлаков Макеевского металлургического комбината с помощьюиностранных инвесторов организован участок для извлечения металла.Технологической схемой предусматривается несколько стадий дробления, грохоченияи магнитной сепарации этих шлаков. Корольки металла нескольких фракций от 10 до60мм реализуются сталеплавильным цехам, а фракция 0-10мм, содержащая до 50%минеральной части, отправляется на аглофабрики. Минеральная часть этих шлаковдолжна отправляться на предприятия стройиндустрии, но из-за падения ихпроизводства они опять складируются.
Дляполной утилизации отходов из техногенных месторождений металлургическогопроизводства необходимо проводить исследования комплексного извлеченияразличных металлов из этих отходов. В мировой практике можно выделить триосновных подхода к решению вопроса извлечения металлов из минерального итехногенного сырья:
–механический (измельчение материала с извлечением компонентов в соответствии сих плотностью, магнитными и прочими свойствами);
–пирометаллургический (обжиг материала с разделением компонентов по температурамкипения с последующей их химической или металлургической переработкой);
–гидрометаллургический (обработка материала растворами кислот или щелочей иперевод извлекаемых компонентов в раствор с последующим извлечением целевыхкомпонентов экстракцией или ионным обменом).
Какправило, эти подходы на практике комбинируются для достижения более высокойэффективности и комплексности использования сырья.
Основныминаправлениями в промышленности чёрных, цветных и редких металлов были иостаются разработка методов селективного извлечения целевых компонентов, что вобласти гидрометаллургической переработки приводит к созданию болееизбирательных экстрагентов, оказывающихся значительно сложными по химическомусоставу и, соответственно, более дорогостоящими. В металлосодержащих отходахобщее количество металлической составляющей в виде оксидов, сульфидов,карбонатов обычно составляет не менее 20%, и поэтому по сумме металлов такоесырье является богатым. В этой связи по разрабатываемой технологии выделенияметаллов, переведенных в раствор, при вскрытии минерального сырья и егоразделении производство оказывается сверхрентабельным.
Особойпроблемой утилизации металлургических шламов является повышенное содержание вних цинка и свинца. При агломерации железорудных материалов цинк и свинецпрактически не удаляются и переходят в агломерат. Трудности возникают вдоменном процессе, из-за чего в большинстве случаев сталеплавильные шламы неутилизируются, а складируются в долголетних шламонакопителях.
Дляпереработки этих шламов с извлечением цинка и свинца необходимо их подготовитьдо транспортабельного состояния, смешать с восстановителем и организоватьпирометаллургический восстановительный процесс при температуре 1000-1100° C.Указанных процессов в черной и цветной металлургии существует большоеколичество, выбор которых зависит от конкретных условий организациисоответствующего участка. При степени металлизации 30% цинк и свинецвозгоняются и улавливаются в специальных фильтрах, из которых затемвыгружаются, затариваются и отправляются на заводы цветной металлургии. Возгоныобычно содержат порядка 50% цинка и свинца в виде их оксидов. Железорудныйметаллизованный продукт используется в доменном или сталеплавильном процессах.Такой процесс переработки цинксодержащих шламов целесообразно организовыватьдля текущих шламов, что упростит работу завода по их складированию.
Выводы:
1.Городские агломерации Центрального Донбасса являются местом образования,выброса во внешнюю среду и накопления в воздухе, воде и почве избыточныхколичеств промышленных и бытовых отходов, превышающих самоочищающую ивосстановительную способность биосферы восточной части Украины.
2.Следствием техногенного воздействия на окружающую среду является значительноенарушение, а во многих случаях и разрушение литосферы, гидросферы и атмосферырегиона, распространяющееся на прилегающие территории в виде загрязнений всехбез исключения рек бассейна Днепра, Дона, Кальмиуса, непосредственно Азовскогоморя, выпадения кислотных дождей на значительном удалении от источника образования,а также попадания в почву токсичных веществ (главным образом солей тяжелыхметаллов и пестицидов) при пыльных бурях.
3.Определенный успех в нормализации окружающей среды Востока Украины может бытьдостигнут лишь при реализации природоохранных мероприятий как в источникевыделения вредности, так и при защите селитебных и рекреационных зон отразрушающего действия техногенных факторов.
4.Постоянное финансирование природоохранных мероприятий государством являетсяосновным условием практической реализации Концепции национальной безопасностиУкраины, в том числе и на территории, занимаемой Центральным Донбассом.
Литература
1. Географічнаенциклопедія України: В 3-х т. -К.: Українська енциклопедія ім. М.П. Бажана,1989-1993. Т. 3. — С. 477.
2. Эколого-геохимическаяоценка загрязнения геологической среды / В.П. Иванчиков, В.И. Почтаренко, Е.А.Яковлев, Н.Г. Пышная. –К.: Общество “Знание” Украины, 1996. –55 с.
3. Чумаченко М.Экономіко-экологічні проблеми України // Схід. –1998. — № 4. –С. 3 –7.
4. Дудник І. М. Проблемиєкологічного моніторингу на металургійних підприємствах Донбасу // Пріоритетніпроблеми гігієнічної науки, медичної екології, санітарної практики та охорониздоров’я: Тези доповідей ХIII з’їзду гігієністів України. -К.: МінздравУкраїни. -1995. -Ч. 1. –С. 187–188.
5. Екологічні проблемиДонбасу / І.М. Дудник, О.В. Партас, Л.В. Павлович, В.І. Дудник // Гшгшєнічніпроблеми сучасного суспільства. -Львів, 1999. — С.78-79.
6. Уманский В.Я., ДудникИ.Н., Миронюк Д.Я. и др. Экогигиенические проблемы городов Донбасса // Гигиенанаселенных мест. –К., 1999. – Вып. 35. – С. 293 – 299.
7. Грищенко В.П., МиронюкД.Я., Дударенко А.В. Об изучении влияния объектов промышленности на загрязнениеокружающей среды // Актуальные вопросы гигиены и эпидемиологии Донбасса: Тез.докл. научн.-практич. конф. -Донецк, 1993. -С. 60 — 61.
8. Миронюк Д.Я.,Запорожская Е.А. Современное состояние и проблемы качества воды водоисточниковДонбасса // Вестник гигиены и эпидемиологии. -1998. Т.2. -№ 1. -С. 23-24.