Экология металлургического производства

ЭКОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО  ПРОИЗВОДСТВА 
Контрольная работа № 1

1. Перечислить  экологические проблемы металлургического  производства.

Особенностью отечественного металлургического  производства является негативное воздействие  на все составляющие окружающей среды. Это загрязнение почв по причине  массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, а  также выбросы в атмосферу  большого количества вредных веществ.

Так, например, для металлургических предприятий актуальна проблема переработки техногенных образований. Известно, что для выработки одной  тонны стали традиционным способом, в производство вовлекается более  трех тонн первичных природных сырьевых ресурсов. Образующиеся после выплавки стали доменные шлаки, накапливаются  в отвалах и шламохранилищах, отнимая при этом городские и сельскохозяйственные земли и создавая дополнительную нагрузку на территорию (так, только на территории металлургических предприятий Уральского региона скопилось свыше 6 млрд. тонн подобных отходов).

Металлургия использует 25% от всей потребляемой российской промышленностью воды. При  этом в большинстве случаев, после  промышленного использования эта  вода не обрабатывается должным образом  и загрязненная попадает в поверхностные  и грунтовые воды. Тяжелые металлы, нефтеотходы, фенолы и ряд других элементов, присутствующие в сбрасываемой воде, делают ее непригодной для дальнейшего использования, а порой становятся причиной массовой гибели биоресурсов в близлежащих водоемах. Очевидно, что важнейшими пунктами экологических программ металлургических предприятий должно стать сокращение объема забора свежей технической воды и снижение объема сброса производственных вод.

Установлено, что предприятия черной металлургии выбрасывают в атмосферу  до 25% металлосодержащей пыли и окиси  углерода от общего количества этих веществ, попадающих в атмосферу в результате промышленных процессов. На металлургию  приходится распространение в атмосфере  почти 50% неутилизируемых промышленностью окислов серы (только предприятиями Заполярного филиала «Норильского никеля» выбрасывается в атмосферу 979 тыс. тонн серы в год). Кроме того, технологический цикл подразумевает выбросы в атмосферу целого спектра токсичных для человеческого организма веществ, включая бензопирен, фториды, соединения марганца, ванадия и хрома. Подобное загрязнение воздуха крайне негативно сказывается на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости от металлургических предприятий, многие из которых имеют статус градообразующих. Так, г. Норильск с численностью жителей 214 тыс. человек находится, по сути, в треугольнике заводов, что является непосредственной причиной роста числа патологий у проживающих здесь людей.

В Мурманской области, где расположены  несколько крупных металлургических заводов, в том числе дочернее предприятие ГМК «Норильский  никель» - Кольская ГМК, регистрируется повышенная частота пороков развития у детей. Статистика, приведенная  на сайте областной администрации, свидетельствует о том, что показатель детской смертности от онкологических заболеваний в этом регионе в 1,9 раза превышает общероссийский.

Следует отметить, что в последние  годы предприятиями металлургического  комплекса проделана большая  работа в интересах снижения вредного воздействия производства на окружающую среду. Заслуживает внимания опыт ОАО  «Ижсталь», где успешной реализацией ряда природоохранных мероприятий удалось сократить на 514 000 м³/год объем сброса производственных вод в реку Иж. Однако эта цифра составляет около 10% от общего объема сброса. Более значимые результаты в этом направлении достигнуты металлургической компанией «Северсталь», где удалось на 98,2% замкнуть водооборотный цикл и закрыть 5 стоков в естественные водоемы.

В настоящее время вопросы экологии находятся в центре внимания руководства  и общественных организаций металлургического  комплекса, однако на устранение проблем, копившихся десятилетиями, потребуется  определенный период времени. Так, даже действующие нормативные документы  нуждаются в уточнении, поскольку  металлургам довольно часто приходится сталкиваться с комплексом нерешенных юридических вопросов.

2. Описать системы  пылеулавливания, применяемых в металлургии.

В металлургической промышленности основными пылевыделяющими агрегатами являются вращающиеся печи, сушильные барабаны и пересыпные устройства для транспортировки материалов и пыли. При выборе системы пылеулавливания эти установки можно разбить на две группы с характерными параметрами выбросов.

К первой группе относятся  пылевыделяющие агрегаты, где происходит термическая обработка сырьевых материалов (печи, сушильные барабаны и др.). При выборе системы пылеулавливания для агрегатов первой группы необходимо учитывать влияние температуры газов, температуру точки росы, дисперсный состав пыли и другие факторы. Однако выбор метода пылеулавливания (механический или электрический) определяет также производительность технологического агрегата. До последнего времени для обеспыливания дымовых газов агрегатов небольшой производительности (до 50·10³ м³/ч) применялись механические пылеуловители.

Парк аппаратов этого  типа в производстве огнеупоров достаточно разнообразен – циклоны типов  ЦН, СИОТ, ЦП-2; центробежные скрубберы  СЦВБ, СЦВП; полые скрубберы СП; насадочные скрубберы СДК; скрубберы Вентури типов ГВПВ, СВ-Кк, СВТ. Широкое распространение получили рукавные фильтры типа ФРМ, с комбинированным способом регенерации (механический в сочетании с аэродинамическим), рукавные фильтры типов УРФМ и ФРМК, со струйной продувкой типа РФСП, общепромышленного назначения типа ФРО и специального назначения ФР, ФРОКТ, ФРОС, ФРКН, ФЭИ, ФРИ и ФРЦИ [2].

В настоящее время, несмотря на увеличение капитальных затрат, чаще применяют электрофильтры, которые  при правильном выборе аэродинамических условий эксплуатации обеспечивают гарантированную высокую степень  очистки, значительно более высокую, чем дают механические пылеуловители. Различные модификации электрофильтров (ЭГД, ЭВ, ЭГАВ, СРК, ОГП, ГК) достаточно перспективны в производстве огнеупоров [2]. В электрофильтрах равномерное  распределение пылегазового потока по рабочему сечению в связи с  реальными размерами этих сечений (до 350 м²) является первостепенной задачей, определяющей эффективность и коммерческую целесообразность всего технологического процесса. В некоторых случаях рекомендуется установка одного электрофильтра для обеспыливания дымовых газов нескольких агрегатов. Такая схема, например, принята на заводе "Магнезит", где за пятью шахтными печами установлен один электрофильтр с активным сечением 37 м².

Ко второй группе относятся  пылевыделяющие агрегаты и системы транспорта пылевидных материалов в холодном состоянии. Здесь, в основном, применяются циклонные или тканевые пылеуловители. При этом иногда предусматриваются такие схемы пылеулавливания, в которых одни аппараты обеспечивают преимущественно коагуляцию, другие – осаждение.

В качестве аппаратов, способных  выполнять функции коагуляторов, могут быть использованы электрофильтры, циклоны, испарительные скрубберы, акустические генераторы. Это обстоятельство следует иметь в виду, столкнувшись с необходимостью очистки газов от высокодисперсных пылей, так как коагуляторы полидисперсных пылей особо чувствительны к нарушению оптимальной аэродинамической ситуации при движении пылегазовых потоков в рабочей зоне аппаратов. В последние годы особое внимание специалистов привлекают зернистые фильтры с движущимся и неподвижным слоем фильтрующего материала. Эти аппараты позволят совместить технологическую и санитарную очистку газов от пыли, обеспечить нормы ПДВ и перейти в отдельных производствах к технологии с утилизацией пыли [3].

На целесообразность такого пути развития систем пылеулавливания, обеспечивающего переход к безотходной  технологии, неоднократно указывали  ведущие российские ученые в области  механики аэрозолей и пылеулавливания, возглавляемые академиком И.В. Петряновым - Соколовым. Следует отметить, что для зернистых фильтров всех видов успешное решение аэродинамических проблем уже на стадии проектирования является совершенно необходимым условием их успешной эксплуатации. При этом следует использовать надежные расчетные зависимости для оценки степени неравномерности распределения пылегазового потока при различных геометрических формах рабочих сечений пылеуловителей. Стремление к энергосберегающей технологии пылеулавливания требует и уточненный поэлементный расчет гидравлического сопротивления инерционных и вихревых пылеуловителей, используемых в качестве предварительной ступени очистки. Самостоятельный интерес представляет и методика для оценки и прогнозирования зависимости общей и фракционной эффективности пылеулавливания от степени неравномерности распределения пылегазового потока по рабочему сечению пылеуловителей.

3. Пояснить понятия  “адсорбция” и “абсорбция”.

«Адсорбция»

Повышение концентрации компонента в поверхностном слое вещества (на границе раздела фаз) по сравнению с ее значением в каждой объемной фазе.

Следует отличать адсорбцию  от абсорбции, при которой вещество диффундирует в объем жидкости или твердого тела и образует раствор или гель. Термин сорбция объединяет оба понятия. Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое — адсорбатом. В зависимости от характера взаимодействия между молекулой адсорбата и адсорбентом адсорбцию принято подразделять на физическую адсорбцию (слабые взаимодействия) и хемосорбцию (сильные взаимодействия). Четкой границы между физической адсорбцией и хемосорбцией не существует; в качестве граничного значения принята энергия связи между адсорбатом и адсорбентом, равная 0,5 эВ на атом или молекулу.

Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Если скорости адсорбции и десорбции равны, то говорят об установлении адсорбционного равновесия. В состоянии равновесия количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия (давление, температура и состав системы).

На практике адсорбция  широко используется для концентрирования веществ, очистки газов и жидкостей от примесей. Адсорбционные методы анализа применяются для определения удельной поверхности твердых веществ, оценки размера А  нанесенных частиц (в том числе наноразмерных) на поверхности носителя и т. п.

«Абсорбция»

Поглощение сорбата всем объёмом сорбента. Является частным случаем сорбции.

В технике и химической технологии чаще всего встречается абсорбция (поглощение, растворение) газов жидкостями. Но известны и процессы абсорбции  газов и жидкостей кристаллическими и аморфными телами (например, абсорбция  водорода металлами, абсорбция низкомолекулярных  жидкостей и газов цеолитами, абсорбция нефтепродуктов резинотехническими изделиями и т.п.).

Часто в процессе абсорбции происходит не только увеличение массы абсорбирующего материала, но и существенное увеличение его объема (набухание), а также  изменение его физических характеристик  – вплоть до агрегатного состояния.

На практике абсорбция чаще всего  применяется для разделения смесей, состоящих из веществ, имеющих различную  способность к поглощению подходящими абсорбентами. При этом целевыми продуктами могут быть как абсорбировавшиеся, так и не абсорбировавшиеся компоненты смесей.

Обычно в случае физической абсорбции  абсорбировавшиеся вещества могут  быть вновь извлечены из абсорбента посредством его нагревания, разбавления  неабсорбирущей жидкостью или иными подходящими способами. Регенерация химически абсорбированных веществ также иногда возможна. Она может быть основана на химическом или термическом разложении продуктов химической абсорбции с высвобождением всех или некоторых из абсорбированных веществ. Но во многих случаях регенерация химически абсорбированных веществ и химических абсорбентов бывает невозможной или технологически/экономически нецелесообразной.

Явления абсорбции широко распространены не только в промышленности, но и  в природе (пример - набухание семян), а также в быту. При этом они  могут приносить как пользу, так  и вред (например, физическая абсорбция  атмосферной влаги приводит к  набуханию и последующему расслоению деревянных изделий, химическая абсорбция  кислорода резиной - к потере ею эластичности и растрескиванию).

Следует отличать абсорбцию (поглощение в объёме) от адсорбции (поглощения в поверхностном слое). Из-за схожести написания и произношения, а также близости обозначаемых понятий эти термины часто путают.

4. Рассчитать к.п.д.  пылеуловителя.

Работу очистных устройств  можно оценить двумя методами:

• Первый способ учитывает абсолютное значение остаточного содержания пыли в очищенном газе г/м³, его ещё называют прямым способом;
• Второй способ показывает какая доля пыли задержалась в данном пылеуловителе из того количества, которое вошло в него с газами (например, за один час). Эту величину называют коэффициент полезного действия (КПД) пылеуловителя, а сам способ – относительный;

При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда применяют многократное разбавление токсичных веществ  или выброс газов через высокие  дымовые трубы для рассеивания  примесей в верхних слоях атмосферы. Теоретическое определение концентрации примесей в нижних слоях атмосферы  в зависимости от высоты трубы  и других факторов связано с законами турбулентной диффузии в атмосфере  и пока разработано не полностью. Метод достижения ПДК с помощью  «высоких труб» служит лишь паллиативом, т.к. не предохраняет атмосферу, а лишь переносит загрязнения из одного района в другие.

Существует несколько  способов для определения КПД, в  зависимости от исходных данных:

η=

η=

η=