Токсические отходы Донбасса

Министерство образования и науки Украины

Донецкий Национальный университет

Реферат

Токсические отходы Донбасса

Выполнила:

студентка группы 4-А

Полева Е.Л.

Проверила:

доц. Басенкова В.Л.

Донецк, 2010

Донбасс является одним из главных индустриальных районов Украины, где на сравнительно небольшой площади сосредоточенно значительное количество крупнейших, крупных, больших, средних и малых городов, населенных пунктов городского типа с промышленной ориентацией. Донецкая и Луганская области, формирующие Центральный Донбасс, имеют самый высокий удельный вес городского населения (90% и 87% соответственно) при значительной плотности населения и ограниченных возможностях своего обеспечения. В течение последнего времени ландшафты восточной части Украины испытывают значительные техногенные нагрузки и интенсивно накапливают токсические вещества. Значительную часть территории края занимают карьеры, являющиеся следствием добычи полезных ископаемых открытым способом, шламонакопители, отстойники, хранилища, а также породные отвалы - терриконы. Их общее число в Донецкой и Луганской областях превышает 1000, а площадь, которую они занимают, сопоставима с Хаджибейским или Сасик-Сивашским лиманами. Исходя из вышесказанного, Донбасс относится к районам с очень высокими абсолютными объемами создания и накопления промышленных отходов . Проявлением этого является выраженное, а в ряде городских агломераций и чрезмерное антропогенное воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу края. Как следствие, большим дефицитом в городах региона являются доброкачественная питьевая вода, экологически безопасные продукты и чистый воздух. Свою лепту в загрязнение окружающей среды вносят все ведущие отрасли промышленности Центрального Донбасса, но особенно велика роль шахт, тепловых электростанций, металлургических, коксохимических, нефтеперерабатывающих, химических предприятий и транспорта. В настоящее время выхлопные газы автомобильных двигателей являются одним из основных загрязнителей атмосферы вообще и приземного слоя воздуха городов края в частности .

Анализ данных проведенных исследований показывает, что в воздушной среде городов Донбасса фиксируются аномальные концентрации таких высокотоксичных веществ как ртуть, свинец, цинк, медь, никель, хром, марганец, бериллий, ванадий, кадмий, хлор, фтор, аммиак, органические летучие соединения, серная, соляная и азотная кислоты. Состояние воздушного бассейна в Центральном Донбассе определяется выбросами предприятий топливно-энергетического комплекса и основных отраслей промышленности, а также наличием взаимовлияния городов за счет образования агломераций (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 от терриконов, особенно горящих.

В зависимости от основных отраслей промышленности, которые в каждом конкретно взятом населенном пункте определяют загрязнение окружающей среды, все города Донбасса 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).

Спад промышленного производства за последние годы отразился на состоянии загрязнения атмосферного воздуха в городах. Так, если в конце 80-х - начале 90-х годов показатель удельного веса исследований выше ПДК находился на уровне 30 %, то в настоящее время он практически снизился в 2 раза. Однако, густая сеть транспортных артерий (автомобильных и железных дорог, продуктопроводов) со все увеличивающимися нагрузками постоянно оказывает свое отрицательное воздействие на окружающую среду. Автомобили, подвижный состав на железной дороге, периодически возникающие аварии на газо-, нефте-, аммиакопроводах, очистных устройствах и сооружениях вносят существенную лепту в общий баланс техногенных нагрузок на всех урбанизированных территориях Центрального Донбасса. Необходимо отметить, что к числу городов, имеющих стабильно высокие показатели загрязнения воздушного бассейна, относятся Макеевка, Краматорск, Константиновка, Алчевск, Стаханов, Енакиево, где в отдельные годы постоянно регистрируется от 16,0% до 39,7% случаев превышения ПДК. В структуре загрязнений основное место занимают такие 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 промышленных городов, оказывают неблагоприятное воздействие на жилые районы (селитебную зону) 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 среду высокотоксичных химических соединений, являющихся экологическим фактором риска возникновения патологических нарушений в организме людей.

В результате интенсивного загрязнения недостаточно очищенными и плохо обеззараженными стоками промышленных предприятий, очистных сооружений хозяйственно-бытовой канализации малых рек Донбасса вода последних давно стала непригодной для питьевых целей. Степень загрязнения реки Северский Донец - основного источника водообеспечения Центрального Донбасса - оценивается как умеренная. Однако наметилась тенденция к ухудшению качества воды этой реки несмотря на резкое сокращение объема промышленного производства. Так, превышение норм по сухому остатку составляет 2 раза, общей жесткости - 1,8 раза, нефтепродуктов - 2 раза, фенолов в отдельные периоды - до 6 раз. Уровень бактериального загрязнения Северского Донца больше нормативов в 2-8 раз, содержание коли-фагов - в 1,2-12 раз. Степень загрязнения Азовского моря создает в настоящее время реальную угрозу для всей экосистемы прилегающих территорий, а в летнее время и потенциально небезопасную эпидемическую ситуацию из-за наличия в воде возбудителей кишечных заболеваний. В связи с закрытием многих угольных шахт в ряде городов изменился уровень стояния грунтовых вод и появилось новое, необычное для относительно малообеспеченного водой региона, явление - подтопление ряда населенных пунктов. Это, прежде всего, многочисленные шахтные поселки, составляющие предместья больших и средних городов Центрального Донбасса.

В Концепции (основах государственной политики) национальной безопасности Украины среди опасностей, грозящих стране в экологической сфере, декларируется неэффективное использование природных ресурсов и широкое применение экологически вредных и несовершенных технологий. Однако этот же автор указывает, что, начиная с 1991 года, происходит ежегодное уменьшение финансирования мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов. О внедрении экологически безопасных технологий речи не идет вообще. Складывается парадоксальная ситуация, когда постоянно увеличивается загрязнение всех основных сред биосферы на фоне снижения объема промышленного производства. Отсутствие эффективных технологий утилизации токсических веществ приводит к накоплению стойких неорганических и органических загрязнителей в воде, почве городов и прилегающих территорий. Это, прежде всего, тяжелые металлы, кадмий и пестициды. Фактически Центральный Донбасс в настоящее время представляет собой техногенную резервацию, где на значительной территории чередуются промышленные и жилые зоны, а условия жизни людей являются неудовлетворительными из-за интенсивного загрязнения биосферы пылевыми и газовыми выбросами, тепловыми и шумовыми выделениями от промышленных источников и транспорта. При разработке и реализации концепции экологической безопасности страны необходимым условием представляется создание отечественных стандартов, аналогичных Европейским нормам ЕМАS и стандартам ISO 14000.

В черной металлургии Украины при полном освоении мощностей суммарное количество ежегодно теряемого железа составляло 35млн.т, половина его потерь приходится на горнорудную промышленность, где оно в основном содержится в отходах, представляющих слабомагнитные окисленные руды, хвосты обогащения и вскрышные породы. На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 10млн.т железосодержащих отходов (отсевы агломерата, окатышей, извести, шламы, пыли, окалина, сварочный шлак и др.), которые утилизируются не полностью. Наиболее трудноутилизируемыми являются шламы, которые используются всего наполовину.

Помимо железосодержащих отходов, в народном хозяйстве Украины на всех стадиях использования минерального сырья и топлива ежегодно образуется около 2млрд.т отходов, что требует отвода 7тыс.га земли. В отвалах накоплено около 20млрд.т отходов, которые могут быть источниками сырья для культивации поверхности литосферы и стройиндустрии. Например, отходы обогащения руд могут успешно использоваться в качестве строительного сырья и для получения различных изделий для стройиндустрии.

На металлургических предприятиях Украины заскладировано более 70млн.т. железосодержащих шламов, из которых только 20млн.т не разубожены отходами других производств и могут быть после соответствующей подготовки утилизированы в агломерационном производстве взамен первичного природного железорудного сырья.

Кроме этих шламов, на Николаевском и Днепровском алюминиевых заводах накоплено более 20млн.т. красных шламов, которые несмотря на многочисленные предлагаемые способы их утилизации, тоже не находят применения. Образование красных шламов составляет 1,3т/т глинозёма. Эти шламы удерживают влажность порядка 50% даже при длительном хранении, что усложняет технологию их подготовки для комплексной переработки.

Из-за нерешаемости вопроса утилизации трудноподготавливаемых шламов и хвостов обогащения сложилась катастрофическая проблема дальнейшего их складирования в дорогостоящих сложных гидротехнических сооружениях. Вблизи предприятий свободных отрицательных форм рельефа местности для организации хвостохранилищ и шламонакопителей практически нет. Продолжающееся складирование шламов и хвостов обогащения удорожает себестоимость основной продукции и требует отвода новых земельных угодий. Это в конечном итоге усугубляет и до того сложное состояние окружающей природной среды в промышленно-развитых регионах и в Украине в целом.

Проведенный нами анализ качества заскладированных отходов показал, что в техногенных месторождениях содержатся не только минеральные составляющие, применяемые в стройиндустрии, но и ценные металлы, пригодные для чёрной и цветной металлургии. В этих месторождениях в некоторых случаях содержатся промышленные концентрации чёрных, легирующих, цветных, редких, редкоземельных и даже драгоценных металлов. Себестоимость извлечения и переработки этих металлов из указанных месторождений будет ниже, чем извлечение их из природного сырья, запасы которых в Украине ограничены или вообще отсутствуют. Например, красные шламы являются отходами глинозёмного производства, сырьё для которого украинские предприятия импортируют из Африки.

В сталеплавильных шламах содержатся промышленные концентрации цинка и свинца. Эти шламы заскладированы в шламонакопителях, в которых содержится до 50тыс.т цинка и свинца в виде оксидов. Масса этих компонентов ежегодно возрастала на 10тыс.т/год при полной производительности сталеплавильных цехов. В тоже время потребность чёрной металлургии в этих металлах с каждым годом увеличивается.

Комплексный подход глубокой переработки вторичного сырья позволит создать экологически чистые технологии, произвести структурную перестройку ряда отраслей промышленности из сырьевых добывающих в наукоемкие перерабатывающие с получением черных, цветных, редких, и других металлов, а также создание композиционных строительных материалов различного назначения при использовании силикатных остатков.

С целью определения рациональных путей комплексного использования отходов производства и оценок эффективности применения различных технологий с последующей разработкой научно-обоснованной тактики и стратегии их решения, нами выполнен анализ различных технологических способов переработки и утилизации техногенных месторождений из отходов металлургического производства.

Сталеплавильные (мартеновские, конвертерные и электросталеплавильные) шлаки представляют собой основной попутный продукт при производстве черных металлов. Их удельный выход составляет в среднем 160-170кг/т стали. Эти шлаки представляют собой ценный материал для использования в качестве оборотного продукта для самой черной металлургии, так как в них содержится более 80% ценных компонентов. Эти шлаки в основном используются в стройиндустрии, но значительная часть их вывозится в отвалы. Это особенно наблюдается в последние годы. Переработка шлаков позволяет повысить эффективность технологических процессов металлургического производства и получить значительную экономию природных ресурсов.

При полном освоении мощностей металлургических агрегатов использование сталеплавильных шлаков на заводах Украины достигало 10,7% от их выхода (около 440тыс.т/год), а на Енакиевском металлургическом заводе эта доля достигала 50%.

Выбор направления 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 котором используется оборотный продукт.

С этой точки зрения наибольший интерес представляют конвертерные шлаки текущего выхода и ранее заскладированные в отвалах.

Мартеновские и электросталеплавильные шлаки используются в меньшей степени.

На металлургических заводах накоплены миллионы тонн металлургических шлаков. Обычно доменные шлаки заскладированы в отвалах отдельно от сталеплавильных. Эти шлаки используются в стройиндустрии. При разработке отвалов доменных шлаков дополнительно извлекается магнитной сепарацией до 5% металла в виде корольков, которые используются в сталеплавильных процессах.

Отвальные сталеплавильные шлаки содержат больше металла (10-15%). Кроме этого, минеральная часть шлаков зачастую пригодна для металлургических процессов (агломерация, доменное и литейное производство). Если сталеплавильные шлаки используются в качестве оборотного продукта, то нет необходимости дополнительного извлечения металла, а если минеральная часть используется для стройиндустрии, то организуются специальные участки для извлечения металла.

На отвалах мартеновских шлаков Макеевского металлургического комбината с помощью иностранных инвесторов организован участок для извлечения металла. Технологической схемой предусматривается несколько стадий дробления, грохочения и магнитной сепарации этих шлаков. Корольки металла нескольких фракций от 10 до 60мм реализуются сталеплавильным цехам, а фракция 0-10мм, содержащая до 50% минеральной части, отправляется на аглофабрики. Минеральная часть этих шлаков должна отправляться на предприятия стройиндустрии, но из-за падения их производства они опять складируются.

Для полной утилизации отходов из техногенных месторождений металлургического производства необходимо проводить исследования комплексного извлечения различных металлов из этих отходов. В мировой практике можно выделить три основных подхода к решению вопроса извлечения металлов из минерального и техногенного сырья:

– механический (измельчение материала с извлечением компонентов в соответствии с их плотностью, магнитными и прочими свойствами);

– пирометаллургический (обжиг материала с разделением компонентов по температурам кипения с последующей их химической или металлургической переработкой);

– гидрометаллургический (обработка материала растворами кислот или щелочей и перевод извлекаемых компонентов в раствор с последующим извлечением целевых компонентов экстракцией или ионным обменом).

Как правило, эти подходы на практике комбинируются для достижения более высокой эффективности и комплексности использования сырья.

Основными направлениями в промышленности чёрных, цветных и редких металлов были и остаются разработка методов селективного извлечения целевых компонентов, что в области гидрометаллургической переработки приводит к созданию более избирательных экстрагентов, оказывающихся значительно сложными по химическому составу и, соответственно, более дорогостоящими. В металлосодержащих отходах общее количество металлической составляющей в виде оксидов, сульфидов, карбонатов обычно составляет не менее 20%, и поэтому по сумме металлов такое сырье является богатым. В этой связи по разрабатываемой технологии выделения металлов, переведенных в раствор, при вскрытии минерального сырья и его разделении производство оказывается сверхрентабельным.

Особой проблемой утилизации металлургических шламов является повышенное содержание в них цинка и свинца. При агломерации железорудных материалов цинк и свинец практически не удаляются и переходят в агломерат. Трудности возникают в доменном процессе, из-за чего в большинстве случаев сталеплавильные шламы не утилизируются, а складируются в долголетних шламонакопителях.

Для переработки этих шламов с извлечением цинка и свинца необходимо их подготовить до транспортабельного состояния, смешать с восстановителем и организовать пирометаллургический восстановительный процесс при температуре 1000-1100° C. Указанных процессов в черной и цветной металлургии существует большое количество, выбор которых зависит от конкретных условий организации соответствующего участка. При степени металлизации 30% цинк и свинец возгоняются и улавливаются в специальных фильтрах, из которых затем выгружаются, затариваются и отправляются на заводы цветной металлургии. Возгоны обычно содержат порядка 50% цинка и свинца в виде их оксидов. Железорудный металлизованный продукт используется в доменном или сталеплавильном процессах. Такой процесс переработки цинксодержащих шламов целесообразно организовывать для 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 избыточных количеств промышленных и бытовых отходов, превышающих самоочищающую и восстановительную способность биосферы восточной части Украины.

2. Следствием техногенного воздействия на окружающую среду является значительное нарушение, а во многих случаях и разрушение литосферы, гидросферы и атмосферы региона, распространяющееся на прилегающие территории в виде загрязнений всех без исключения рек бассейна Днепра, Дона, Кальмиуса, непосредственно Азовского моря, выпадения кислотных дождей на значительном удалении от источника образования, а также попадания в почву токсичных веществ (главным образом солей тяжелых металлов и пестицидов) при пыльных бурях.

3. Определенный успех в нормализации окружающей среды Востока Украины может быть достигнут лишь при реализации природоохранных мероприятий как в источнике выделения вредности, так и при защите селитебных и рекреационных зон от разрушающего действия техногенных факторов.

4. Постоянное финансирование природоохранных мероприятий государством является основным условием практической реализации Концепции национальной безопасности Украины, в том числе и на территории, занимаемой Центральным Донбассом.

Литература

1. Географічна енциклопедія України: В 3-х т. -К.: Українська енциклопедія ім. М.П. Бажана, 1989-1993. Т. 3. - С. 477.

2. Эколого-геохимическая оценка 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. Проблеми єкологічного моніторингу на металургійних підприємствах Донбасу // Пріоритетні проблеми гігієнічної науки, медичної екології, санітарної практики та охорони здоров’я : Тези доповідей ХIII з’їзду гігієністів України. -К.: Мінздрав України. -1995. -Ч. 1. –С. 187–188.

5. Екологічні проблеми Донбасу / І.М. Дудник, О.В. Партас, Л.В. Павлович, В.І. Дудник // Гшгшєнічні проблеми сучасного суспільства. -Львів, 1999. - С.78-79.

6. Уманский В.Я., Дудник И.Н., Миронюк Д.Я. и др. Экогигиенические проблемы городов Донбасса // Гигиена населенных мест. –К., 1999. – Вып. 35. – С. 293 – 299.

7. Грищенко В.П., Миронюк Д.Я., Дударенко А.В. Об изучении влияния объектов промышленности на загрязнение окружающей 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 водоисточников Донбасса // Вестник гигиены и эпидемиологии. -1998. Т.2. -№ 1. -С. 23-24.