Защита воздушного бассейна

Заводы и фабрики, основанные на технологии без отходов,— в общем индустрия будущего. Но уже и сейчас такие предприятия существуют, например, в легкой и пищевой промышленности. Есть целый ряд предприятий и малоотходного производства. Оренбургское газовое месторождение стало давать попутную продукцию—сотни тысяч тонн серы. На Кировоканском химическом заводе имени Мясника прекращен выброс в атмосферу ртутных газов. Они вторично введены в технологический цикл как дешевое сырье для производства аммиака и карбамида. Вместе с ними в воздушный бассейн уже не попадает вреднейшее вещество—двуокись углерода, составляющая 60% всех выбросов завода.

 Предприятия комплексного использования сырья дают обществу огромную выгоду: резко повышается эф-фективность капитальных вложений и столь же резко снижаются затраты на строительство дорогостоящих очистных сооружений. Ведь полная переработка сырья на одном предприятии всегда дешевле, чем получение тех же продуктов на разных. А безотходная технология устраняет опасность загрязнения окружающей среды. Использование природных ресурсов становится рациональным, разумным. История древнего мира рассказывает нам об огнепоклонниках, которые молились пламени. «Огнепоклонниками» можно назвать и металлургов. Пирометаллургия (от древнегреческого «пир»—огонь), в основе кото-рой лежит воздействие высоких температур на руды и концентраты, приводит к загрязнению атмосферы и час-то не позволяет комплексно использовать сырье. В нашей стране немало делается для уменьшения опасности загрязнения среды отходами традиционных металлургических производств, и здесь будущее за принципиально новыми решениями.

На железных .рудах Курской магнитной аномалии строится Оскольсний электрометаллургический комби-нат—первое отечественное предприятие бескоксовой металлургии. При таком способе производства резко снижаются вредные выбросы в атмосферу, открываются новые перспективы получения высококачественных сталей. На Оскольском электрометаллургическом комбинате будет использована новая для отечественной черной металлургии технологическая схема: металлизация—электроплавка. Полученные из богатых железорудных концентратов обожженные окатыши металлизируются в двенадцати шахтных печах (рис. 18), в которых оксиды железа восстанавливаются нагретым до 850 °С газом — смесью СО и Н2. Поскольку для выплавки высококачественной стали можно обойтись без чугуна, то, значит, становится не-нужным доменный процесс с его дорогим и громоздким оборудованием, которое загрязняет атмосферный воз-дух. У новой технологии еще одно важное достоинство: прямое восстановление железа в потоке позволяет обойтись без кокса. А это означает, что развитию металлургии, не будет помехи из-за сокращения запасов коксующихся углей. Проблема отходов не только в том, что при этом загрязняется биосфера, но и в том, что некомплексно используется сырье. Только на уральских предприятиях цветной металлургии при выплавке меди из медноцинковых концен-тратов с отвальным шлаком и пылью ежегодно теряется 70 тыс. т цинка. Кроме цинка, руда содержит серу, же-лезо. Кстати, 50—60% стоимости многих медных руд приходится на серу и еще 10—12% на железо.

На Иртышском полиметаллическом комбинате имени 50-летия Казахской ССР действует агрегат КИВЦЭТ. За этим названием принципиально новый процесс получения цветных металлов— кислородно-взвешенная циклонно-электротермическая плавка. Цель процесса—объединить в одном агрегате все операции от подготовки руды, выходом готового металла, использовав в качестве топлива серу, ранее выбрасываемую в атмосферу. Самое трудное—это отойти от традиции, преодолеть инерцию мышления. Восемь тысяч лет существует цветная металлургия. Из глубины веков пришли к нам апробированные, ставшие уже каноническими техноло-гические процессы. Немыслимо было представить завод без мрачных «зонтиков» ядовитого дыма. Главные «участники» нового процесса — кислород и электричество. Соответственно и сам агрегат состоит из двух зон. В первой идет подготовка руды и плавка. Топливом здесь вместо кокса служит сера, содержащаяся в самой руде. Она полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество тепла. А затем расплав поступает во вторую зону и течет между электродами, распадаясь на составные части. Некоторые металлы, цинк на-пример, испаряются и конденсируются потом в чистом виде, другие выпускаются сразу в ковш. КИВЦЭТ по-зволяет извлекать из руды буквально все, что в ней есть. Так, из сырья на заводе получают не только такие тра-диционные металлы, как медь, свинец, цинк, но и кадмий и редкие металлы.

Пока что с помощью КИВЦЭТ получают такую же медь, как и в шахтных печах. Металл нуждается в до-полнительной обработке. В будущем намечается «обучить» агрегат выплавлять чистую медь. КИВЦЭТ запатентован в США, ФРГ, Франции и др.— в 18 странах. Металлургов привлекает в нем не толь-ко простота в обращении и обслуживании, не только возможность автоматизировать сложный и трудоемкий процесс выплавки металла, не только отсутствие вредных выбросов, но и в первую очередь его неприхотли-вость: ведь он способен перерабатывать сырье, которое раньше считалось бросовым — с содержанием металла в 6—7 раз ниже нормы. Никакая другая технология такое сырье не возьмет. Более того, и отходов металла в шлаке у него гораздо меньше, чем при обычном процессе. В ноябре 1979 г. в Женеве состоялось общеевропейское совещание на высоком уровне по сотрудничеству в области охраны окружающей среды. На нем представлены практически все европейские государства, а также США и Канады. Совещание приняло Декларацию о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов.

В Декларации подчеркнута необходимость защитить человека и окружающую его среду и рационально ис-пользовать ресурсы путем поощрения развития малоотходной и безотходной технологии и использования отходов. Сокращение отходов и выброса загрязняющих веществ и в различных циклах производства намечается путем использования усовершенствованных промышленных процессов при создании новых или реконструкции существующих производственных объектов, создания продукции с особым учетом требований увеличения ее долговечности, облегчения ремонта и повторного использования, когда это возможно. Большое значение име-ют регенерация и использование отходов, превращение их в полезный продукт, в частности, путем извлечения ценных веществ и материалов из отходных газов, лучшего использования энергии, содержащейся в отходах н остаточных продуктах. Важно повторное использование большего количества отходов в качестве вторичных сырьевых материалов в других производственных процессах. Рекомендуется рациональное использование сырьевых материалов в производственных процессах и в течение всего жизненного цикла продуктов, замены истощающихся видов сырья другими доступными видами. Необходимо рациональное использование энергетических ресурсов в процессе производства и потребления энергии и в случае практической осуществимости—использования сбросного тепла. Большое внимание уделяется оценке промышленного применения в производственных масштабах малоотходной и безотходной технологии в целях оптимального использования сырья и энергии, включая возможности регенерации, рециркуляции и экономическую эффективность, с учетом экологических и социальных последствий.

Для создания безотходного промышленного производства а масштабах всей страны необходимо разработать научнотехнические основы планирования и проектирования региональных территориально-промышленных комплексов, в которых отходы одних предприятий могли бы служить сырьем для других. Внедрение таких комплексов неизбежно потребует перестройки связей между предприятиями и отраслями народного хозяйства, больших затрат. Однако все это со временем окупится сторицей, поскольку промышленность получит огромный приток ранее не используемых сырья и материалов, не говоря уже о том, насколько чище и безвреднее станет окружающая нас среда. Санитарнозащитные зоны. Предприятия, их отдельные здания и сооружения с технологическими процессами, являющимися источниками выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарнозащитными зонами. Размер санитарно-защитной зоны до границы жилой застройки устанавливается: а) для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками загрязнения атмосферного воздуха вредными и непри-ятно пахнущими веществами,— непосредственно от источников загрязнения атмосферы сосредоточенными (через трубы, шахты) или рассредоточенными выбросами (через фонари зданий и др.), а также от мест загрузки сырья или открытых складов; б) для тепловых электрических станций, производственных и отопительных котельных—от дымовых труб. В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов устанавливаются следующие размеры санитарно-защитных зон для предприятий:

Перевод отопительных систем на газ. Большое значение для оздоровления воздушного бассейна имеет перевод городских отопительных систем на газовое топливо. В 1980 г. 185 млн. советских людей использовали в быту газ. С его помощью производят 87% стали, свыше 60% цемента. Каждая третья ГРЭС или ТЭЦ работает на газе. Он же дает до 90% удобрений, вырабатываемых в стране.

 Советский  Союз в короткие сроки превратился  в одну из крупных газодобывающих  стран мира. Если в 1955 г. в СССР  добывалось всего лишь 9 млрд. м3 газа. В 1980 г. уже было добыто свыше 435 млрд. м3 газа. На 1985 г. поставлена задача довести уровень его добычи до 600—640 млрд. м3. Общеизвестна роль газовой промышленности в оздоровлении атмосферы городов при замене угля и нефте-продуктов на природный газ. Установлено, что если уровень загрязненности атмосферного воздуха при исполь-зовании угля принять за единицу, то сжигание мазута даст 0,6, а использование природного газа снижает эту величину до 0,2. Создание в СССР Единой системы газоснабжения страны позволило решить проблему защиты атмосферы городов. В настоящее время в СССР природный газ получают свыше 140 тыс. городов и населенных пунктов. И недаром, по признанию специалистов многих зарубежных стран, воздушный бассейн городов пашей страны является самым чистым.

Погасить факелы в нефтедобывающих районах нашей страны — одна из серьезных природоохранных задач. В факеле сгорает ценнейшее сырье для химической промышленности — попутный нефтяной газ—и, конечно, загрязняется атмосфера. Из попутного нефтяного газа можно получать бензин, полиэтилен, синтетический каучук, смолы, топливо. В Нижневартовске, близ знаменитого Самотлора, построен нефтегазоперерабатывающий завод. Предприятие выдает свою продукцию—сухой газ и так называемую широкую фракцию или нестабильный бензин. Из Нижневартовска в Сургут и Кузбасс по транссибирскому газопроводу ежедневно отправляются миллионы кубометров голубого топлива. Бензин же по железной дороге поступает на нефтехимические предприятия страны. Столица Самотлора—Нижневартовск—стала крупным центром переработки попутного газа. На одной площадке здесь уже действуют четыре технологические очереди, каждая из которых представляет собой по сути дела самостоятельный завод. Они в состоянии переработать 8 млрд. м3 ценного сырья. Столь внушительного комплекса еще не имела отечественная нефтяная промышленность. На Самотлорском месторождении уровень использования попутного газа составляет 70%. Объемы переработки растут. Самый крупный завод—Белозерный, мощность которого равна 4 млрд.м3 газа в год. Сургутская ГРЭС в качестве топлива использует попутный нефтяной газ. Эффективное сжигание топлива. С помощью рационального сжигания топлива можно добиться уменьшения выбросов в атмосферу. Так, ученые Московского энергетического института разработали специальное устройство в топках парогенераторов для эффективного сжигания различных видов топлива.

Новая схема создает в топке такую аэродинамическую обстановку, что топочные газы поступают в самую активную зону пламени. В зависимости от компоновки горелок можно создать два режима—полного или час-тичного пересечения топливовоздушных струй. В первом случае при сжигании жидкого или газообразного топлива в активную зону попадает 70—80% инертных примесей. В результате на 30—40% снижается образование серного ангидрида и на 50—60%—оксидов азота. Второй режим предназначен для оптимальной концен-трации низкореакционных топлив в ядре горения. При этом выброс вредных оксидов снижается на 20-30%. Экономия от внедрения новых схем сжигания составляет в год примерно 2 тыс. т условного топлива на один агрегат. Установлено, что в топочном мазуте содержится гораздо меньше азота, чем в твердом топливе, а в природном газе его, как правило, вообще нет. Поэтому при сжигании этих видов топлива сталкиваются с .таким своеобразным явлением: основное количество оксидов образуется из азота, который содержится в воз-духе, используемом для поддержания горения. Как сократить величину этих выбросов? Образование оксидов азота можно ограничить, если в топку котла подавать лишь минимально необходимое для горения количество воздуха и одновременно возвращать часть дымовых газов, покидающих котел. Это уменьшит концентрацию кислорода в топке и температуру факела, что в конечном счете замедлит реакцию окисления азота.

Реализуя эту обнадеживающую техническую идею, котлостроители спроектировали и организовали производство газомазутных котлов с разноплотными панелями, изготовленными из плавниковых труб. В них смонтированы специально разработанные унифицированные горелки и паромеханические форсунки, которые обеспечивают практически полное выгорание топлива во всем диапазоне рабочих нагрузок. Поставка предприятиями этого оборудования на ТЭС сократила выбросы в атмосферу, как оксидов азота, так и частиц сажи. Одновременно повысились экономичность и надежность оборудования. Выброс через высокие трубы. На тепловых электростанциях и металлургических заводах сооружают дымовые трубы. У дымовой трубы два назначения: первое — создавать тягу и тем самым заставлять воздух—обязательный участник процесса горения— в нужном количестве и с должной скоростью входить в топку;

второе — отводить продукты горения — вредные газы и имеющиеся в дыме твердые частицы—в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению вредные газы и твердые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются.

 С введением требований о нормировании содержания вредных веществ в атмосферном воздухе возникла необходимость определять расчетным путем степень разбавления вредных веществ, поступающих в атмосферу из организованных источников выброса. Эти данные используются для сопоставления расчетных концентраций вредных веществ в приземном слое с предельно допустимыми концентрациями этих веществ. Для рассеивания сернистого ангидрида, содержащегося в дымовых газах тепловых электростанций, в настоящее время сооружаются дымовые трубы высотой 180, 250 и даже 320 м. Дымовая труба стометровой высоты позволяет рассеивать мельчайшие вредные вещества в окружности ра-диусом 20 км до концентрации, безвредной для человека. Труба высотой 250 м увеличивает радиус рассеивания до 75 км. В ближайшем окружении дымовой трубы создается так называемая теневая зона, в которую совсем не попадают вредные вещества.

Контроль за уровнем загрязнения атмосферы

Большое значение имеет лабораторный контроль за состоянием атмосферного воздуха населенных мест. Санитарно-эпидемиологические станции Министерства здравоохранения СССР на стационарных точках опре-деляют диффузное загрязнение атмосферного воздуха, ведут наблюдение на территории промышленных предприятий и вокруг них, изучают зональное распространение выбросов, осваивают и внедряют в практику новые методы определения различных, ингредиентов. Сотрудники станций обобщают результаты лабораторного исследования атмосферы для использования их в практической работе, издают совместно с местными органами Госкомгидромета ежемесячные бюллетени о состоянии воздушной среды городов. Государственному комитету СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет) и его органам на местах предоставлено право проверять соблюдение норм и правил по охране атмосферного воздуха предприятиями, учреждениями, организациями, стройками и другими объектами независимо от их ведомственной подчиненности, а также при нарушении вносить предложения остановить действующие производственные объекты. В наиболее крупных городах наблюдения за загрязнением воздуха ведутся одновременно в нескольких пунктах. Сеть контроля загрязнения воздуха имеет более тысячи стационарных и 500 мар-шрутных постов систематических наблюдений, а также подфакельные наблюдения, пункты которых выбираются в зависимости от направления ветра и других факторов. Она решает и оперативные и прогностические задачи оценки загрязнения воздушного бассейна вредными веществами. Программы включают ежесуточный трехразовый отбор проб на основные загрязняющие вещества: пыль, двуокись серы, двуокись азота, окись углерода, а также специфические—характерные для промышленных предприятий данного города.