Экологические проблемы предприятий цветной металлургии и их решение

Более чем полувековая деятельность в Усть-Каменогорске предприятий цветной металлургии, атомно-промышленного и редкометалльного комплексов, теплоэнергетики, авто-, авиаи железнодорожного транспорта и других предприятий привела к интенсивному загрязнению атмосферы токсичными веществами. Одним из наиболее опасных является свинец.

Выбросы свинца на Усть Каменогорском металлургическом комплексе (УКМК) определяются спецификой производственной деятельности: технология получения свинца на предприятии базируется на пирометаллургических процессах, сопровождающихся выделением большого количества свинецсодержащей пыли. Минимизация негативного воздействия на окружающую среду достигается функционированием высокоэффективного пылегазоочистного комплекса – в отделении пылеулавливания цеха производства свинца освоена многостадийная схема очистки свинцовых технологических газов от твердых веществ, благодаря которой улавливается и возвращается на вторичную переработку до 99,9% поступающей на очистку пыли.

Но даже при такой степени очистки масса годовых выбросов свинца по УК МК составляет около 36 тонн и, в соответствии с природоохранным законодательством, подлежит снижению.

Кроме того, исторически сложилось, что большая часть промышленных предприятий г. Усть-Каменогорск, включая УК МК, сосредоточена в Северном промышленном узле и имеет общую санитарнозащитную зону. Ввиду отсутствия нормативной базы по разграничению влияния отдельных источников на формирование уровня загрязнения атмосферы, связь между достижением предприятием ПДВ и обеспечением снижения загрязнения атмосферного воздуха на границе санитарнозащитной зоны (СЗЗ) до нормативных значений не всегда очевидна.

В то же время, учитывая высокую опасность свинца, масштабы выбросов и климатические условия Усть Каменогорска, где до 50% дней в году фиксируется неблагоприятные метеорологические условия (НМУ), ощущается настоятельная потребность в разработке эффективных и практически осуществимых технических решений по минимизации выбросов свинца от производства УК МК.

Есть огромное количество информации, эффективное использование которой позволяет выполнить объективную оценку экологической ситуации с целью принятия решений. Из всех экологических задач эта наиболее интересна для глубокого изучения.

Оценка сил, способствующих и препятствующих решению этой задачи с помощью Диаграммы Баланса сил, позволила выработать стратегию.

Таким образом, сформулирована цель настоящей работы: разработка предложений по обеспечению снижения загрязнения атмосферного воздуха санитарнозащитной зоны свинцом с учетом реального вклада УК МК.

Цель работы предполагала достижение следующих задач:

• На первом этапе – глубокое всестороннее изучение степени загрязнения атмосферного воздуха свинцом. Исследование выполнить с учетом результатов всех ранее проведенных экологических работ на УК МК и «Казгидромет».
• В процессе выполнения работ на втором этапе необходимо было решить две последовательные задачи: комплексный анализ влияния различных факторов и источников на формирование загрязнения атмосферного воздуха свинцом и оценка относительного вклада УК МК в формирование этого загрязнения.
• Результаты третьего этапа должны были послужить основанием для принятия решений и осуществления необходимых действий для снижения выбросов свинца на УК МК.

Планируемый комплекс исследовательских и аналитических работ включал:

1. Анализ данных многолетних наблюдений МК за загрязнением атмосферного воздуха свинцом, имеющимся на УК МК.
2. Ознакомление с производственными процессами с целью определения выбросов свинца.
3. Обзор литературных источников.

Анализ существующего загрязнения атмосферы города свинцом и возможных факторов его формирования

Многолетние наблюдения за качеством атмосферного воздуха в Усть Каменогорске (ВК ЦГМ) показывают, что свинцовое загрязнение четко зонировано, что выражается в снижении концентраций свинца по мере удаления от УК МК. Зона загрязнения подчиняется розе ветров, где преобладают суточные воздушные потоки, ориентированные вдоль долин Иртыша и Ульбы. Среднегодовые концентрации свинца на стационарных постах ВК ЦГМ за период 2004-2006 г.г. составляют:

• на границе СЗЗ УК МК – от 1,1 до 3,3 ПДК;
• в центре города – от 0,3 до 1,3 ПДК;
• в районе ст. Защита – от 0,8 до 2,5 ПДК;

То есть максимальные среднегодовые концентрации свинца по городу фиксируются на границе СЗЗ УК МК (на стационарном посту наблюдений ПНЗ-1, расположенном в районе ул. Рабочая).

В пользу того, что загрязнение атмосферы свинцом, связанное с автомобильным транспортом, становится все более значимыми в условиях стабильного роста автомобильного парка, свидетельствует тот факт, что в пробах воздуха, отобранных передвижной лабораторией ВК ЦГМ вдоль автомагистралей с интенсивным движением, несмотря на сравнительно большое удаление от промышленных предприятий, также выявлены превышения среднесуточной ПДК по содержанию свинца (максимум):

• в районе аптеки №45 (проспект Ленина) – в 1,4 раза;
• на ул. Виноградова – в 3 раза;
• в районе ТОО «Азия – Авто» (ул. Бажова, 101) – в 3,1 раза;
• на перекрестке у Дворца спорта – в 3,7 раза;
• в районе перекрестка ул. Виноградова и Грузинская – в 7,4 раза.

Из сравнения загрязнения атмосферного воздуха в разное время года видно, что, как правило, максимальные концентрации свинца на стационарных постах наблюдаются в зимний период, что, по всей вероятности, связано с дополнительными выбросами в атмосферу продуктов сжигания топлива предприятиями теплоэнергетики и частным сектором.

Все перечисленные факты достаточно убедительно свидетельствует о том, что масштабы воздействия на атмосферу выбросов от низких, неорганизованных источников, вторичного пыления и автотранспорта сопоставимы с воздействием выбросов от стационарных источников промпредприятий.

Анализ источников загрязнения атмосферного воздуха свинцом

Для выявления факторов, влияющих на загрязнение воздушного бассейна свинцом, нами использована диаграмма причинно-следственных связей Исикавы (рис. 1).

Загрязнения атмосферы г. УстьКаменогорска свинцом формируется под воздействием различных источников. К опасным, с этой точки зрения, факторам относятся:

• металлургическая промышленность;
• металлообработка (антикоррозионное свинцовое покрытие металлоизделий);
• химическая промышленность (производство красок, смазок и т.д.);
• производство консервов (свинецсодержащие принципы при изготовлении жестяных банок);
• процессы сжигания топлива (уголь, мазут, природный газ), как на предприятиях теплоэнергетики, так и частным сектором;
• полигоны промышленных отходов (шлаки, хвосты и т.д.);
• автомобильный транспорт и авиация;
• вторичные источники загрязнения (осевшая на поверхность дорожного покрытия пыль, загрязненная свинцом почва, мелкодисперсные частицы и т.д.);
• дальний перенос свинца. Официальные статистические дан-

ные говорят о том, что годовые выбросы свинца предприятиями Усть-Каменогорска составляют около 36 тонн в год, при этом 33,7 тонн – это выбросы УК МК. Однако показатели выбросов предприятий, отраженные в статистической отчетности, фрагментарны, так как формой государственной отчетности предусматривается представление ограниченного числа загрязняющих веществ. То есть выбросы свинца предприятиями, для которых он не является приоритетным загрязнителем, статистикой не учитываются.

Рис. 1

Основную массу неучтенных выбросов свинца составляют выхлопные газы автомобилей.

Таблица 1. Вклад различных источников загрязнения в общей массе выбросов

При определении вклада отдельного источника в формирование уровня загрязнения приземных слоев атмосферы в городской черте первостепенную роль играет не собственно масса выбросов, а тип воздействия, принципиально различающийся

для высоких и низких источников. Комплексная оценка вклада УК МК в свинцовое загрязнение воздушного бассейна города должна быть увязана с воздействием этих двух факторов.

Таблица 2. Содержание свинца в атмосфере г. Усть-Каменогорска по результатам параллельных анализов ВК ЦГМ и УКМК

Анализ результатов наблюдений УК МК за загрязнением атмосферы свинцом позволяет сделать вывод: при неблагоприятных метеорологических условиях концентрации свинца повышаются в 2,5-3 раза. Выполненные замеры уровней за-

грязнения атмосферного воздуха свинцом в ночное время позволил разграничить влияние источников промпредприятий и автотранспорта на рассматриваемой территории (Рис. 2).

4

3,5

3

Содержание свинца на границе СЗЗ в разное время суток

(точка отбора вблизи проезжей части)

3,99

3,65

5-6 мая

11-12 мая

3,12

2,48

2,5

ед. ПДК

2

1,5

1

0,5

0

1,97

1,81 1,86

2,35

1,16

1,84

0,89 0,9

10 час 13 час 16 час 22 час 01 час 04 час

Рис. 2

Примечательно, что в ночное время и в утренние часы, когда интенсивность движения транспорта минимальна, и загрязнение воздушной среды определяется исключительно выбросами промпредприятий, концентрации свинца в атмосфере снижаются, а при интенсивном движении автотранспорта (в дневное время) возрастают примерно на 45%.

По результатам проведенных исследований вклад промышленных предприятий в формирование уровня загрязнения атмосферы СЗЗ свинцом оценивается величиной 55-60% и определяется, в основном, долей УК МК.

Разработка программы снижения загрязнения атмосферного воздуха свинцом в зоне влияния УКМК

Следующий этап работы характеризуется переходом от анализа последствий к рассмотрению причин и направлен на детальное рассмотрение источников выбросов свинца внутри нашего производства с целью определения конкретных объектов, требующих улучшения.

При существующей технологии производства цветной металлургии на УК МК источниками, вносящими наибольший вклад в формирование высоких концентраций свинца в жилой зоне, являются:

• отделение пылеулавливания;
• аэрационный фонарь площадки рафинирования;
• аэрационный фонарь участка плавки свинца.

Внедрение на этих источниках мероприятий по снижению выбросов позволит достичь максимального экологического эффекта на границе СЗЗ, выполнить реконструкцию семи фильтров на участке тонкой очистки отделения пылеулавливания с переводом на импульсивную регенерацию.

Из опыта эксплуатации фильтров с импульсной регенерацией известно, что такие фильтры, по сравнению с существующими конструкциями (РФСП, УРФМ и т.д.), имеют большую площадь фильтрации, большее высокую производительность и степень очистки. Срок службы фильтровальных рукавов на таких фильтрах также значительно выше. Реконструкция фильтра существующей конструкции с переводом на импульсную продувку позволит исключить использование воздуха на обдувку рукавов (30% от очищаемых газов), снизить энергозатраты.

Экологический эффект от внедрения составит:

В целом, за период 2006-2010 г.г. ожидается снижение выбросов свинца на 7,5 т. (21,4%).

При разработке темы этой работы обобщен материал, накопленный в различных организациях области и города за последние 5 лет, и выполнена большая аналитическая работа:

• обработка информации, комплексно характеризующей загрязнение атмосферного воздуха Усть-Каменогорска свинцом;
• получение необходимой информации об источниках формирования уровня загрязнения атмосферы свинцом;
• обеспечение исходными данными для решения задачи снижения выбросов УК МК;
• использование полученной информации для принятия решений по совершенствованию технологии очистки газов на свинцовом производстве УК МК.

Важным и принципиальным моментом является переход от изучения следствий, то есть реальных показателей состояния окружающей среды на границе СЗЗ к всестороннему анализу причин возникновения неблагоприятных показателей с выяснением ситуации на каждом источнике выбросов: промпредприятия, транспорт, частный сектор, сужая объект исследований до УК МК. А впоследствии с детализацией вклада каждого источника выделения внутри производственного процесса – т.е. технологического оборудования, а также других факторов воздействия (таких, как эффективность очистки, условия рассеивания и т.д.).

Сделанные выводы легли в основу составления программы реконструкции системы очистки свинцовых выбросов. С учетом поставленных целей и перечня решаемых задач она может служить в качестве базового документа, служащего для принятия долговременных решений, позволяющих обеспечить снижение загрязнения атмосферного воздуха свинцом на границе СЗЗ до 1,0 ПДК. В настоящее время работы по внедрению первого этапа данной программы на УК МК уже начаты. Практическая ценность данной работы после внедрения предусмотренных мероприятий в том, что полученная информация и разработанные методы ее анализа позволят не только обнаруживать и исправлять, но и предотвращать дальнейшее загрязнение. Последняя задача для проактивной компании, какой является АО «Казцинк», представляется наиболее важной.

ЛИТЕРАТУРА

1. Отчет «О состоянии загрязнения атмосферного воздуха в городе УстьКаменогорске за 2010 год», ДГП Восточно-Казахстанский центр гидрометеорологии, 2011.
2. Отчет «Проведение исследований химии атмосферы г. Усть-Каменогорска», ДГП Восточно-Казахстанский центр гидрометеорологии, 2004.
3. Экологический кодекс РК. – Астана, 2007.