Здесь вероятно, следует остановиться на определении науки и совокупности практических мер по рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды, названной акад. В. И. Вернадским природопользованием.
Здесь вероятно, следует остановиться на определении науки и совокупности практических мер по рациональному использованию природных ресурсов и охране окружающей среды, названной акад. В. И. Вернадским природопользованием.
Основные законодательные требования определены перечнем документов, представленных ниже.Декларация об окружающей человека среде, принята в Стокгольме на Конференции ООН, 1972 г.Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, Женева, 1979, ратиф. 22.05.80.
Объекты охраны окрулсающей среды (Ст. 4).Основы нормирования в области охраны окружающей среды (Ст. 19).Государственные стандарты и иные нормативные документы в области охраны окружающей среды (Ст. 29).
Установлены нормативными документами природоохранного и других ведомств, государственными стандартами, санитарными, строительными нормами и правилами.Перечень действующих документов приведен ниже.Об утверждении классификаций запасов полезных ископаемых (вместе с “Классификацией запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых”, “Классификацией эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод”). Приказ МПР 07.03.97 № 40.
На настоящий момент установлены [4,5] величины предельно-допустимых концентраций для 1343 и ориентировочные допустимые уровни для 402 химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
Разработка проекта предельно-допустимых сбросов Нормирование выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую природную среду производится путем установления предельно-допустимых сбросов веществ со сточными водами в водные объекты (ПДС).
Во всех случаях достаточность размеров СЗЗ, в том числе и соответствующей нормативным показателям, должна проверяться расчетом приземных концентраций. Если в результате такого расчета выявляется, что санитарные нормы на границе нормативной санитарной зоны для существующего жилого района не обеспечиваются, должны быть разработаны дополнительные мероприятия, направленные на снижение приземных концентраций.
КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ.Впервые малоотходные и безотходные технологии как главный путь инженерно-экологического развития общества были предложены в середине 60 годов академиками А. П. Виноградовым, И. В. Петряновым, Б. Н. Ласко-риным, Н. Н. Семеновым. На основе их применения предполагалось не только максимально полезно использовать потребляемые сырьевые ресурсы, но в пытаться полностью перерабатывать образующиеся отходы.
Международная общественность обратила внимание на глобальную проблему человечества, связанную, с одной стороны, с ограниченностью природно-ре-сурсного потенциала и, с другой — с необходимостью обеспечения экономического роста в масштабах, покрывающих потребности все возрастающего населения. Констатировано, что основа устойчивого развития общества в долгосрочной перспективе состоит в обеспечении сбалансированного решения социально-экономического развития общества с сохранением благоприятного состояния окружающей среды и природно-ресурсного потенциала в целях удовлетворения жизненных потребностей нынешнего и будущих поколений.
Анализ состояния водного комплекса показывает, что мы пока, к сояесщ нгао, надо это констатировать, плохо бережем водные запасы и неумело ищу распоряжаемся.Третье направление — это развитие водосберегающих и экологически чистых технологий.
Значение, роль и полишка в сфере воспроизводства, использования и охраны водных ресурсов сформулированы в «Концепции государственной политики устойчивого водопользования в Российской Федерации» (принята в 1997 г.). Эта Концепция гарантирует реализацию прав нынешнего и будущих поколений на пользование водно-ресурсным потенциалом, обеспечивающим безопасный уровень качества жизни людей и в целом водную безопасность России.
В естественных условиях вода не встречается в химически чистом состоянии. В процессе круговорота в природе вода, соприкасаясь с воздухом, почвой, осадочными и изверженными породами, насыщается различными приме сями, растворимыми и нерастворимыми веществами. Одновременно в ней могут появляться растительные и животные организмы, а также продукты их разложения.
На промышленных предприятиях вода расходуется на хозяйственно-питьевые нужды, полив зеленых насаждений и территории промпредприятиЙ, по-жаротушение, и главное, на технологические нужды.На промышленных предприятиях вода используется для следующих технологических целей: для охлаждения оборудования, сырья и продуктов (вода нагревается через стенки теплообменников и практически не загрязняется); в качестве среды, транспортирующей механические или растворенные примеси, попадающие в воду при мойке, обогащении и очистке сырья или продукта (вода загрязняется, но обычно не нагревается); для растворения реагентов, используемых в производствах, для получения пара и т.д. (вода в основном входит в технологический продукт, и лишь часть ее направляется в сток с отходами производства); для комплексного использования в качестве охладителя продукта, транспортной среды и поглотителя примесей (вода нагревается и загрязняется).
Общий дефицит воды в системах водообеспечения складывается из расходов на безвозвратное потребление (унос с продуктами и отходами); мойку полов; полив проездов и насаждений; испарения в охладителях оборотной воды; унос с воздухом в виде капель из охладителей оборотной воды; естественное испарение с водной поверхности; транспирацию растительностью в водоемах; фильтрацию из системы в почву; сброс оборотной воды в водоемы при ухудшении ее качества (продувка); сброс сточных вод в водоем.
Система водного хозяйства—это сложное понятие, включающее в себя принцип построения всего хозяйства от водоподачи до водоотведения.Системы водообеспечения промышленных предприятий классифицируют по способам использования воды: прямоточные, оборотные и с повторным использованием воды и замкнутые, которые подробно будут рассмотрены ниже.
Вода, удовлетворяющая всем вышеперечисленным требованиям, называется стабильной и не требует дополнительной обработки. Но это идеальный случай, не встречающийся на практике. На деле бывает так. Охлажденная вода. Циркулирующая в системе оборотного водоснабжения, обычно многократно нагревается и охлаждается; часть ее при этом испаряется, в результате чего повышается концентрация растворенных солей. Такая вода склонна к накипе-образованию, отложению продуктов кислородной коррозии и механических взвесей; в ней могут появиться микроорганизмы, обусловливающие цветение водоемов и биологическое обрастание поверхностей производственных сооружений и аппаратуры.
Необходимость обработки воды для предотвращения образования карбонатных и иных отложений в проектах систем оборотного водоснабжения надлежит устанавливать на основе опыта эксплуатации аналогичных систем на воде данного источника водоснабжения или предварительных исследований на модели системы оборотного водоснабжения с учетом конкретных условий.
Коррозией называют самопроизвольное разрушение металлов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. В практике водоснабжения под материалами подразумеваются простые металлы, а также оборудование и изделия, которые изготовлены из этих металлов; средой, в которой происходит коррозия металлов, является вода. Следовательно, процессы коррозии связаны с характерными особенностями воды и металла. Однако коррозию следует отличать от эррозии — поверхностного механического разрушения металлов.
При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показате-лям работы объекта.
Схемы циркуляции воды в водохранилищах-охладителях. Свободная поверхность водохранилища-охладителя ие вся одинаково эффективно участвует в отдаче теплоты, поступающей с нагретой циркуляционной водой. Количество теплоты, отводимой с единицы площади того или иного участка поверхности водохранилища, зависит от температуры воды на этом участке. Поэтому при теплотехническом расчете водохранилища-охладителя необходимо представить картину распределения темпершур по его поверхности; следовательно, необходимо составить схему распределения потока теплой воды от точки ее сброса до места ее приема.
Необходимая для охлаждения воды площадь поверхности ее соприкосновения с воздухом создается в градирнях на оросительных устройствах (оросителях), которые могут быть капельными, пленочными или комбинированными. Имеются градирни без оросителей, в которых над водосборными бассейнами внутри башни устанавливаются высоконапорные разбрызгивающие сопла. Эти так называемые брызгальные градирни менее эффективны, чем градирни с капельным или пленочным оросителем, поскольку площадь поверхности контакта воды с воздухом в них относительно меньше.
Таким образом, при испарительном охлаждении 1 кг охлаждающей воды отводит 600 ккал вместо 10 ккал при водяном охлаждении, что позволяет сократить расход воды (при полном переводе печи на испарительное охлаждение) примерно в 60 раз, а иногда и более.
Существенным фактором экономии воды в промышленности является использование высокотемпературного испарительного (по Андоньеву) охлаждения. Если испарительное охлаждение в металлургии применяется широко (хотя далеко не в оптимальных вариантах), то воздушное — совершенно недостаточно. Давно и хорошо известна система «Геллер» с воздушным конденсатором, сухой градирней и с теплообменниками «Форго» (Венгрия).
Для восполнения потерь воды из охлаждающих систем оборотного водоснабжения используется дочищенные городские стоки (ДГС). По-видимому, это, прежде всего, связано с тем, что эти стоки более доступны, имеются в достаточных количествах, есть методы их обработки, тогда как производственных стоков бывает недостаточно и, кроме того, остаточные загрязнения в них часто содержат вредные вещества.
В замкнутых системах водоснабжения очистка и использование поверхностного стока (дождевого, талого, дренажного и поливомоечного) могут производиться на самостоятельных очистных сооружениях, а также на сооружениях, обеспечивающих их совместную очистку с хозяйственно-бытовыми или производственными сточными водами.
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,143 мг кислорода. Процесс замедляется при наличии в растворе углекислоты, заметно понижающей pH воды, поэтому для быстрого завершения окисления и гидролиза необходимо удалять ее аэрированием или связывать известью.
Во многих случаях низкое качество продукции и износ оборудования связаны с наличием газов в воде, используемой в технологическом процессе (например, в теплоэнергетике, в водоснабжении горячей водой и т.д.).
Сточная вода—это вода, использованная в промышленности, сельском либо коммунальном хозяйстве, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию.Хозяйственно-бытовые воды — это стоки душевых, бань, прачечных, столовых, туалетов, от мытья полов и др. Они содержат примеси, из которых примерно 58 % — органические вещества и 42 % — минеральные.
Классификация методов очистки сточных вод менялась во времени, что мы и проследим здесь. Первая классификация включала всего три раздела: механическую и биохимическую очистку и доочистку. Этой слишком уж общей классификацией можно пользоваться и сегодня, понимая, что применение различных, например, физико-химических методов (коагуляция, флокулйция и др.) предусматривается в разделе механической очистки. На рис. 4.6 приведена классификация, разработанная А. И. Родионовым, В.Н. Клушиным и Н. С. Торо-чешниковым. Еще более подробная классификация методов очистки сточных вод в зависимости от группы примесей дана Е.:В. Подосёновой (табл. 4.8). Все методы можно условно разделить на две части; утилизационные, когда выделенные вещества (включая веду) используются вновь-; деструктивные, когда загрязнители уничтожаются (и повторное использование обработанной воды не всегда возможно). В этом случае, на наш взгляд удобна следующая классификация: механические, физико-химические, химические, физические и биотехнологические методы.
Структура загрязнений сточных вод, обусловленная внутренней энергией, не доступной для биоценозов, не может быть разрушена биологическими и механическими методами, использующими собственный запас энергии системы. Сточные воды с такой структурой загрязнений относятся к категориям трудиоокисляемых или стабильных. Как правило, это сточные воды промышленных производств или воды, уже прошедшие предварительную очистку. Удаление загрязнений из сточных вод этой категории возможно только при нарушении их стабильности путем использования внешней энергии в той или иной форме.
Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация; окисление и осаждение. Из методов нейтрализации наиболее распространен метод известкования; к окислительным методам относятся в основном хлорирование и озонирование.
К физико-химическим методам относятся коагуляция, флокуляция, флотация, сорбция, включая ионный обмен, обратный осмос, экстракция, эванора-ция, электрохимические методы.Коагуляция — это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты—более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае — воды). Слияние однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных — гетерокоагуляцией.
К ним относятся электролидравлический, ультразвуковой, электростатический, радиационный, магнитный и термический методы.Термические методы весьма разнообразны и подробно будут рассмотрены в соответствующих разделах. Их можно разделить на методы концентрирования сточных вод с выделением чистой воды и при необходимости, кристаллизации примесей; и методы уничтожения загрязнителей (главным образом, органических).
Развитие общества приводит к постоянному увеличению количества антропогенных отходов, поступающих в окружающую среду. На борьбу с этими отходами расходуются огромные средства, среди которых первое место (и с большим отрывом) занимают энергозатратные технологии: физико-химические, термические и др.
Окислительно-восстановительный потенциал ЕН измеряется при помощи электродной системы, состоящей из платинового и сравнительного электродов. При погружении электродной системы в анализируемую среду, например, в сточные воды, на платиновом электроде возникает потенциал, определяющий окислительно-восстановительную способность контролируемого раствора. Потенциометрический иономерный прибор состоит из чувствительного преобразователя, измерительного преобразователя и вторичного прибора.
Имеются данные, по водопотреблению отрасли начиная с 1913 г. (табл. 5.1).В начале века наиболее крупные заводы того времени, чрезвычайно малые в масштабах сегодняшнего дня, были расположены вблизи рек. Водное хозяйство этих предприятий осуществлялось по самой простой схеме — прямоточной: сточные воды после использования без очистки поступали в водоемы. Относительно небольшое количество сточных вод не оказывало значительного влияния на состояние водоемов — происходило их разбавление, не приводящее к нарушению процессов самоочищения природных вод. К началу периода индустриализации страны общее водопотребление черной металлургии по сравнению с 1913 г. возросло примерно в 2 раза и увеличилось почти в 130 раз в 1985 г.
Стоки предприятий черной металлургии содеркат большое количество загрязнений. Нерастворимые примеси (твердые чаешцы оксидов, железа, пустой породы, утя и др.) и органические загрязнители (масла, нефтепродукты, смолы и др.) поступают с горно-рудного, доменного, сталеплавильного, прокатного переделов, коксохимического производства, аглофабрик, а также от энергетического, транспортного и ремонтно-механического хозяйств. Растворимые примеси (неорганические соли, кислоты, щелочи, органические вещества) поступают от процессов обработки поверхности металла, коксохимического и доменного производств, теплосиловых установок и др.
Сточные воды рудников представляют собой грунтовые рудничного водоотлива, которые поступают обычно из трещиноватых пород открытых или закрытых подземных выработок. Исходный состав рудничных вод зависит от строения грунта и горизонта водозабора.
В доменном производстве сточные воды поступают от охлаждения оборудо-вания, очистки газов, гидроуборки подбункерных помещений, от разливочных машин и переработки шлака.Сточные воды от охлаждения оборудования являются условно чистыми. Количество их при водяном охлаждении составляет 15-20 м3 на 1 т выплавляемого чугуна, при испарительном охлаждении 5-10 м3. Температурный перепад составляет 7-8 °С.
При разливке стали на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) сточные воды поступают от охлаждения кристаллизаторов и от зоны вторичного охлаждения. От охлаждения кристаллизаторов сточные воды поступают в количестве 16—20 м3 на 1 т разливаемой стали. Для увеличения срока службы кристаллизаторы охлаждаются умягченной водой с общей жесткостью не более 1 мг-экв/дм3. Вода в кристаллизаторах нагревается на 12—15 °С.
При обработке поверхности металлических изделий, покрытых окалиной и ржавчиной, растворами кислот (главным образом, серной) образуются сточные воды двух видов — собственно травления черных металлов в травильных ваннах и промывки протравленных металлических изделий.
Метизными заводами выпускаются: стальная проволока — низкоуглерод-ная, высокоуглеродистая и легированная; стальная лента разных марок и сечений; калиброванный металл; стальные фасонные профили, крепежные изделия; электроды; металлокорд; стальные канаты; сетки и др.
Ферросплавы представляют собой сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, ванадием, молибденом, вольфрамом и др. Они применяются для раскисления и легирования сталей или в качестве полупродукта для получения других ферросплавов. К ферросплавному производству относят также выплавку некоторых сплавов, не содержащих железо. Ферросплавы получаются различными методами, основной из них—электротермия. Часть ферросплавной продукции производится методами металлотермией, гидрометаллургией, электролизом, обработкой в вакууме, обработкой азотом, хлором, водородом. К наиболее распространенным ферросплавам относятся ферросилиций, сили-комарганец, феррохром, ферромарганец и др.
Среди вспомогательных цехов определенное место занимают стоки огнеупорных заводов, загрязненных в основном взвешенными веществами. Состав стоков огнеупорных заводов приведен в табл. 5.24.Однако рассмотрение степени рационального использования воды следует начать не с очистки сточных вод, а с оборотного водоснабжения. Большинство предприятий черной металлургии России имеет оборотные системы, а более 100 из них довели использование воды в оборотных системах до 93-96 %. Ряд предприятий имеет еще более высокие показатели (Орско-Халиловский металлургический комбинат — 96,1 % и др.), а некоторые предприятия работают по бессточной системе водопользования (Верх-Исетский металлургический, Ключевский завод ферросплавов и др.).
Образующиеся на металлургических и металлообрабатывающих предприятиях сточные воды очищают обычно на локальных сооружениях, затем большая часть очищенной воды используется вновь. Оставшаяся часть стоков, продувочные, ливневые и дренажные воды могут подаваться на общезаводские очистные сооружения, после чего очищенная вода также используется повторно, и только продувочные воды сбрасываются.
Сточные воды мойки и магнитной сепарации руды очищают от механических примесей отстаиванием в шламонакопителях обычно без коагулирования. Выпадающий из воды осадок накапливается в накопителе и постепенно уплотняется. Осадок рудообогатительных фабрик состоят из частиц, песка, пустой породы и малоценной руды. Гранулометрический состав шламов некоторых фабрик приведен на рис. 5.2. Плотность этих шламов находится в пределах 2,9-3,4 т/м3.
Подачу сточных вод агломерационных фабрик на очистные сооружения следует осуществлять двумя потоками: 1) поток, содержащий мелкодисперсную взвесь (газоочистки и централизованные вентиляционные установки), перекачивается шламовыми насосными станциями непосредственно на очистные сооружения; 2) поток, содержащий крупнодисперсную взвесь (гидросмыв полов, сточные воды от местных вентиляционных установок, газовых коллекторов, агломерационных машины при отсутствии безотходных конвейеров и др.), направляется в центральную шламовую насосную станцию перекачки, которая должна иметь отстойную ловушку (время пребывания воды до трех минут). Из центральной шламовой насосной станции шламовые воды насосами подаются на напорные гидроциклоны, слив из которых направляется на очистные сооружения, а шлам — в корпус обезвоживания шлама.
Сточные воды коксохимического производства — одни из наиболее опасных (как источник загрязнения водоемов) и трудных с точки зрения их очистки среди промышленных сточных вод. Поэтому проблема очистки сточных вод коксохимического производства решается комплексом физико-химических (отстаивание, флотация, коагуляция) механических и биохимических способов, которые используются для очистки локальных стоков и общего фенольного стока на биохимических установках. Выбор способов и эффективность очистки во многом определяются тем, как используются очищенные сточные воды.
В системах мокрых газоочистках применяют оборотное водоснабжение. Принципиальная схема оборотного водоснабжения представлена на рис. 5.16.В зависимости от химического состава улавливаемой пыли и очищаемых газов вода оборотного цикла может приобрести и кислую, и щелочную реакции. Кислая реакция обусловлена переходом в воду ионов Б04 и С1. Щелочную реакцию вода в большинстве случаев получает при содержании в пыли повышенного количества извести. Для предотвращения образования прочных карбонатных отложений применяют фосфатирование оборотной воды.
Сточные воды сталеплавильного производства образуются при очистке га зов мартеновских, элекгросталеплавильных и кислородно-конвертерных цехов. Их отличительная особенность заключается в значительном изменений состава стока в процессе плавки.
Содержание шлама в сточных водах ферросплавного производства — до 2 г/ дм3. Осветление производится на радиальных отстойниках и в шламонакопИ телях. Для интенсификации процесса осветления в радиальных отстойниках применяются коагулянты и флокулянты — железный купорос и полиакриламид.
Стоки прокатного производства, как и стоки коксохима, относятся к наиболее загрязненным и трудноперерабатываемым в черной металлургии. Следует помнить, что прокатный передел выдает основную продукцию, качество которой напрямую зависит от успешной работы водного хозяйства этого передела.
Имеет смысл рассмотреть динамику «воскрешения» отрасли в последние годы, например в 1996-1998 гг., по которым есть интересные данные. Наибольшее влияние производственная деятельность предприятий отрасли оказывает на состояние воздушного бассейна. Доля отрасли в суммарном сбросе загрязненных сточных вод промышленностью Российской Федерации составляет 6,5 %. Предприятия отрасли — источники поступления в окружающую водную и воздушную среду различных канцерогенных веществ, в том числе тяжелых металлов.
Сложность проблемы охраны поверхностных пресных вод от загрязнения обусловлена чрезвычайно разнообразным со ставом сточных вод, образующихся на предприятиях цветной металлургии. Это определяется широким спектром технологических процессов, разнообразием исходного сырья и характером использования воды.
На предприятиях цветной металлургии используют практически все известные методы очистки стоков (механические, биотехнологические, химические, физико-химические, физические), составляя из них разнообразные технологические схемы. Имеет смысл как-то оценить частоту применяемых методов, хотя такая градация достаточно условна.
К предприятиям обогащения руд цветных металлов относятся следующие обогатительные фабрики: свинцовые, свинцово-цинковые (полиметаллические), медно-никелевые, никелево-кобальтовые, медные, медно-вольфрамовые, медно-мсшибденовые, вольфрамовые, молибденово-вольфрамовые, оловянные, титаномагниевые и флюоритно-баритовые.
Производство алюминия разделяется на два этапа: получение глинозема и извлечение металлического алюминия методом электролиза глинозема в расплавленных фтористых солях.Способы и технология получения глинозема зависят от вида и состава, исходных алюминий содержащих руд: бокситов, нефелинов, алунитов. Во всех случаях предусмотрены дробление и размол руды, выщелачивание из нее глинозема в раствор, осаждение из него гидроокиси алюминия, фильтрация и выпаривание раствора, кальцинация (прокаливание) осадка.
Магний получают из карналлита (минерал, содержащий хлористые магний и калий) электролитическим методом. После предварительного обезвоживания сырьевая масса проходит вращающиеся и электролитические печи.
К заводам цветной металлургии относятся: цинковые, свинцовые, свинцово-цинковые, никелевые, медеплавильные, кобальтовые и оловянные.Основное количество сточных вод заводов цветной металлургии используется без очистки в замкнутых системах оборотного водоснабжения для охлаждения оборудования.
Сложные по составу руды перерабатывают по комбинированным схемам, включающим различные сочетания указанных процессов.В результате взаимодействия рудных минералов с растворами в процессе переработки руд и концентратов в жидкую фазу пульпы переходят различные соли. Кроме того, в ней содержатся вводимые в технологический процесс реагенты: цианистые соли, флотационные реагенты, цинк и др.