CC BY
8
Обзоры
УДК 614.71/.72:66.0в2.89]: [628.512:008
А. И. Демченко
ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В РАЙОНАХ РАЗМЕЩЕНИЯ КОКСОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Криворожский НИИ гигиены труда и профзаболеваний
Охрана атмосферного воздуха в условиях бурного развития промышленного производства является одной из наиболее важных проблем гигиенической науки. Актуальность данной проблемы определяется крупными масштабами современных промышленных объектов, которые выбрасывают в атмосферу большое количество вредных химических веществ, часто в различных комбинациях. Кроме того, курс на дальнейшее наращивание мощностей за счет интенсификации технологических процессов и концентрация взаимосвязанных производств на относительно небольшой территории требуют дальнейшей разработки мероприятий, направленных на оздоровление окружающей среды, в частности атмосферного воздуха.
Особое место в данной проблеме занимает коксохимическое производство, характеризующееся большим разнообразием выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и их высокой токсичностью [2, 10, 23]. Характер загрязнения атмосферного воздуха выбросами коксохимического производства определяется в основном составом теряемого коксового газа в коксовых цехах и в меньшей степени промежуточными продуктами, образующимися в цехах улавливания.
Известно, что состав выделяющегося коксового газа с повышением температуры угольной шихты меняется, однако в результате смешения в газосборниках и цикличности процесса коксования выброс вредных веществ остается постоянным в течение длительного времени. Кроме того, определенное количество вредных веществ поступает в атмосферу и с топочными газами через дымовые трубы систем обогрева коксовых печей, а также при тушении кокса.
Выброс вредных веществ в атмосферу из цехов улавливания определяется в основном техническим обеспечением технологических процессов и наличием специфических производств по извлечению из коксового газа отдельных компонентов, а также их переработкой.
Несмотря на большое число вредных веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух коксохимическими заводами, и значительные выбросы окиси углерода, сернистого газа и углеводородов, специфическими веществами этого производства следует признать фенол, сероводород, наф-
талин и бензол [10]. Эти вещества, как правило, в очень больших количествах выбрасываются в атмосферу только в процессе производства кокса и лишь сероводород поступает в атмосферный воздух и при добыче и переработке многосернистой нефти, а также при производстве вискозного волокна. Что касается нафталина, то коксохимия— единственный источник поступления данного вещества в атмосферу [10, 20].
В атмосферном воздухе районов расположения коксохимического производства определено наличие полициклических ароматических углеводородов, в частности 1,3- и 3,4-бензпиренов, хризе-на, перилена, бензфлуорантена, коронена и их производных [28]. Канцерогенные вещества образуются в основном при процессе коксования, в связи с чем канцерогенные углеводороды обнаруживаются не только в коксовом газе, но и во всех продуктах его переработки, что не исключает возможности их выделения в атмосферу на всех этапах технологического процесса. Наиболее опасным источником канцерогенных углеводородов является процесс коксования каменноугольного пека [26].
Предполагается [13], что процесс производства кокса по современной технологии будет ведущим до 2000 г., поэтому вопросы совершенствования технологических процессов с гигиенической точки зрения и разработка новых систем улавливания или обезвреживания вредных выбросов в ближайшие Ю-летия не потеряют своей актуальности. В этом направлении ведутся постоянные поиски.
Наиболее сложной проблемой уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу является улавливание выделений из печных камер [17], которые составляют 60 % всех выбросов коксохимического завода [29].
Несмотря на положительный опыт использования бездымной загрузки шихты в камеру коксования с ннжекцией газов в газосборннки, применение этого метода при влажности шихты менее 8 % затруднено, а для термически подготовленной шихты совершенно невозможно из-за увеличивающегося уноса пыли с газами в газосборники. Кроме того, для эффективной работы этой системы давление пара должно составлять не менее 8 атм, что не всегда соблюдается. Для ре-
шения проблемы загрузки термически подготовленной шихты разработана система ее подачи по пневмопроводу с помощью пара [17]. Однако внедряется она очень медленно. Помимо этого, технологические и проектные институты рекомендуют более широко внедрять бездымную загрузку с дожиганием газов загрузки [12], которая существенно снизит выброс токсичных компонентов коксового газа, прежде всего сероводорода и цианистого водорода, а также других вредных веществ. Использование метода загрузки при помощи вагонов с системами для отсоса и очистки газов позволяет полностью отделить газы загрузки от газообразных продуктов коксования. Это делает метод универсальным и пригодным для загрузки влажной и термически подготовленной шихты, позволяет дожигать газы загрузки. При дожигании целесообразнее применять каталитический способ, позволяющий ликвидировать канцерогенные углеводороды [1].
Изучение валовых выбросов пыли и газообразных вредных веществ при загрузке термически подготовленной шихты вагоном с автономной системой отсоса позволило дать предварительную экологическую оценку процессам загрузки термически подготовленной шихты углезагрузочным вагоном с автономной системой отсоса и обезвреживания газов загрузки. Установлено, что обезвреживание большинства вредных веществ, содержащихся в газах загрузки, осуществляется достаточно эффективно, однако расчетные концентрации окиси углерода и пыли в воздухе рабочей зоны еще превышают санитарные нормы. Внедрение устройства беспылевой выдачи кокса позволило значительно (в 2,5 раза) снизить содержание пыли на боковых площадках печей. Однако эффективность обеспыливающих устройств при выдаче кокса является недостаточной и требует дальнейшего совершенствования [11].
Одним из важных мероприятий защиты воздушного бассейна от загрязнения коксовым газом, выбрасываемым в аварийной ситуации через газосборники, является использование устройства с автоматически действующим запалом, исключающим возможность взрыва при выбросе и зажигании коксового газа [25]. Кроме процессов загрузки шихты и выдачи кокса, одним из источников загрязнения атмосферы является процесс тушения кокса. В настоящее время около 90% кокса тушится мокрым способом [9], что обусловливает значительное поступление вредных веществ в атмосферный воздух. Удельный вес вредных выбросов при тушении кокса водой составляет 10 % от общего количества загрязнений, выделяющихся в коксовом цехе [27]. Усовершенствование способа мокрого тушения путем изменения режима подачи воды, продолжительности тушения, применения различных типов оросительных устройств и форсунок приводит к определенным положительным результатам, но атмосферные выбросы при этом существенно не
уменьшаются. В то же время использование обес-феноленной воды после биохимической очистки позволяет значительно снизить выброс вредных веществ в атмосферу и, что очень важно, уменьшить объем выбросов [16].
С учетом необходимости уничтожения феноль-ных сточных вод как неизбежного побочного и опасного для окружающей среды комплекса вредных веществ и уменьшения объемов его поступления в атмосферу при мокром тушении кокса, представляется перспективным процесс тушения кокса обесфеноленной водой (после биохимической очистки содержание фенола не более 10 мг/л) [6].
В настоящее время в коксохимическом производстве активно внедряется и сухое тушение кокса. Этот способ имеет определенные экономические выгоды и постоянно совершенствуется в плане охраны окружающей среды [5, 15]. Так, с целью устранения выброса пыли в атмосферу при сухом тушении кокса в последние годы разработана и внедряется установка по улавливанию пыли при загрузке кокса в камеры тушения. Кроме того, применение метода сухого тушения кокса эффективно в целях предупреждения загрязнения атмосферного воздуха фенолом, сероводородом и другими соединениями, а также в целях снижения выброса бенз(а)пирена. Содержание канцерогенных углеводородов при его применении снижается в 10 раз по сравнению с таковым при использовании мокрого метода [26]. Однако использовать повсеместно только сухое тушение кокса в настоящее время представляется нецелесообразным, так как это приведет к скоплению большого количества фенольных сточных вод, уничтожаемых при мокром тушении. Следовательно, для настоящего уровня развития технологии коксохимического производства наиболее приемлема комбинированная технология тушения кокса. Сухой способ тушения необходимо дополнять мокрым и в таких объемах, чтобы ликвидировать сброс сточных вод за пределы завода.
С гигиенической точки зрения можно положительно оценить методы повышения эффективности работы биохимических установок очистки фенольных вод от масел. Так, применение сульфата закисного железа значительно улучшает очистку фенольных сточных вод, что позволяет принимать на очистку сильно загрязненные маслами воды без нарушения работы аэротенков. При этом на маслоотделителях происходит окисление сероводорода, в результате чего улучшаются условия биологической очистки сточных вод [3]. Кроме того, разработан метод, позволяющий осуществлять совместное окисление смолы и масел на биохимочистке [7].
Путем адаптации и селекции получены накопительные термофильные культуры микроорганизмов, разрушающие фенолы и роданиды. Оптимальные температуры, при которых отмечено
максимальное окисление фенолов и роданидов, колеблются в пределах от 50 до 65 °С. Это делает возможным перевод биохимических установок коксохимического производства на режим работы при повышенной температуре [18]. Современные биохимические установки при правильной их эксплуатации обеспечивают остаточное содержание фенолов не более 1—2 мг/л, роданидов и цианидов — не более 5 мг/л [21]. При таком уровне очистки фенольных сточных вод появляется возможность их использования для подпитки оборотных систем водоснабжения теп-лообменной аппаратуры, что в свою очередь позволяет приблизить коксохимию к бессточному производству [4].
Дальнейшее развитие получили такие процессы улавливания из коксового газа ценных продуктов коксования, как гидроочистка сырого бензола и нафталина, бескислотное получение мези-тилена, сульфата аммония, серной кислоты и окиси германия. Определен наиболее перспективный подход к очистке коксового газа от сероводорода и цианистого водорода в начале газового тракта (что исключает их выделение при всех последующих процессах переработки коксового газа) с термическим разложением образующихся тиосульфатов и роданидов аммония до аммиака и сероводорода. Последние в дальнейшем возвращаются в исходный газ [8, 19]. Кроме того, разрабатываются автоматические системы управления технологическими системами очистки коксового газа от сероводорода, позволяющие проводить более глубокую его очистку, регулирующие и создающие наиболее оптимальные условия регенерации поглотительного раствора, что позволяет свести до минимума потери сероводорода [22]. Разработаны технологическая схема и эффективная аппаратура улавливания фенолов и сероводорода из выбросов после вакуум-машин раствором щелочи на аппарате стру51-ного типа. Эксплуатация ее в течение 2 лет показала высокую надежность работы при степени улавливания 95—96 % [14].
Таким образом, современное состояние развития технологии коксохимического производства с учетом внедрения созданных в последние годы машин и механизмов позволяет снизить выбросы пыли на 30 %, окиси углерода на 90 %, сероводорода на 50%. фенолов на 90%, цианидов на 80% и бензпирена на 30% [24].
Однако резкого снижения поступления вредных веществ в атмосферный воздух от коксохимического производства не отмечается. Это в первую очередь связано с медленными темпами внедрения технологических разработок, направленных на повышение производительности труда и охрану окружающей среды. Для достижения положительного эффекта от внедрения технических природоохранных мероприятий необходимо значительно повысить культуру производства. Нередко очистные аппараты и сооружения экс-
плуатируются неудовлетворительно, что, однако, прямо не влияет на выполнение плана, поэтому такое положение часто не вызывает тревоги ни у рабочих, ни у инженерного персонала. Нам представляется, что природоохранные и производственные задачи одинаково значимы, так как направлены они на достижение единой цели — улучшения благосостояния и условий жизни человека.
Литература
1. Ананьина Л. П. и др. // Кокс и химия. — 1982.— № 4. - С. 53-54.
2. Андоньев С. М., Филипьев О. В. Пылегазовые выбросы предприятий черной металлургии. — М., 1973.— С. 163—185.
3. Бирюкова В. Я., Ильин Ю. Н. Ц Кокс и химия. — 1977,—№ 8. — С. 46—47.
4. Григорчук Н. О. и др. // Там же. — № 4. — С. 40—43.
5. Давидзон Р. И. Мастер установки сухого тушения кокса. — М„ 1980.— С. 5.
6. Демченко А. И. и др. // Гигиена окружающей среды. — Киев, 1984.— С. 40—41.
7. Ежов В. С. и др. // Кокс и химия. — 1980. — № П.— С. 47-49.
8. Зайченко В. М. и др. // Там же. — 1976. — № 7. — С. 58-61.
9. Кальянов К. Г. // Там же, — 1975. —№ 3. — С. 22—26.
10. Калюжный Д. Н. и др. // Гигиена внешней среды в районе размещения промышленных предприятий. — Киев. 1973, —С. 35—50.
11. Капитульский В. Б., Коган Ф. М. Ц Гиг. труда.— 1980, —№ 6.— С. 19—21.
12. Когасов В. М. // Кокс и химия. — 1981. —№ 3. — С. 48-51.
13. Лисицкая П. К. // Там же.— 1976, —№ 7, —С. 65— 67.
14. Маркус Г. А. // Гиг. и сан. — 1975. — № 5. —С. 91 —
93.
15. Мучник Д. А., Постольник Ю. С. Теория и техника охлаждения кокса. — Киев; Донецк, 1979. — С. 3—21; 122—152.
16. Нагорный П. А. и др. // Гиг. и сан,— 1983. — № 7,— С. 12-14.
17. Папков Г. И. и др. // Труды угольно-хим. ин-та и Восточн. угольно-хим. нн-та.— 1974. — Вып. 63.— С. 121—124.
18. Папков Г. И. и др. // Кокс и химия.— 1977.— № 9. —С. 42—44.
19. Папков Г. И. и др. // Там же. — 1980. — № 10,— С. 53.
20. Попович В. М. // Гигиена населенных мест. — Киев, 1967, —С. 104—107.
21. Привалов В. £.. Папков Г. И. // Кокс и химия. — 1980. — № 6.—С. 47—50.
22. Редин В. Н. и др. // Там же. — 1976. — № 7. — С. 51-54.
23. Резников И. Е„ Смельчанский В. Р. // Сокращение технологических выбросов и их очистка на предприятиях черной металлургии. — М., 1982. — С. 65—68.
24. Рышка Э. Защита воздушного бассейна от выбросов предприятий черной металлургии: Пер. с пол.—М., 1979. —С. 11; 23—25; 56—69.
25. Черниченко П. Н., Папков Г. Н. // Кокс и химия. — 1977, —№ П. —С. 58—60.
26. Янышева Н. Я-. Киреева И. С. // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов / Науч.-информ. бюл. — М„ 1980. —№ 3. — С. 39—50.
27. Edgar \V„ Müller T. // Steel Times. —1973. — Vol. 201.-P. 545—549.
28. Маэдк V. // Ргас. 1ек. — 1967. — Уо1. 19. —Р. 306— 310.
29. \ledricky ¿. // НиМк. (РгаИа). — 1980. — Уо1. 30, N 2. — Р. 43-48.
Поступила 20.01.87
УДК 614.72+614.761:66.062.122(048.8)
Л. М. Лифлянд ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ
ЦОЛИУВ, Москва
В последние годы значительное число исследований посвящается изучению закисления природной среды вследствие выпадения кислых осадков [5, 14, 19, 31, 32]. Это явление привело к тяжелым экологическим последствиям, и по предложению экспертов Королевской академии наук Швеции, агентства по охране окружающей среды США, министерства окружающей среды Франции «кислые дожди» включены в перечень наиболее острых экологических проблем [3].
В связи с актуальностью этой темы целесообразно рассмотреть основные данные о закис-лении осадков, имеющиеся в литературе.
Как отмечают ряд авторов, термин «кислые дожди» неточен. По определению Ю. А. Израэль и соавт. [1], в понятие «кислотные осадки» включен любой процесс переноса вещества из атмосферы на подстилающую поверхность, при-Ф водящий к появлению на последней свободных ионов водорода (в моль/л), которые принято обозначать рН. Таким образом, в круг изучения попадают дождь, снег, сухое оседание аэрозольных частиц, адсорбция газов подстилающей поверхностью. В естественных условиях атмосферные осадки всегда содержат примеси, влияющие на рН. Величина рН осадков, не вызывающая неблагоприятного действия на объекты окружающей среды, оценивается в 5,6—5,7 [1]. В Европе в 1983 г. средневзвешенные по объему осадков значения рН составили 4,1—4,3 [1].
С промышленными выбросами в атмосферный воздух поступает большое количество разных ве-_ ществ, приводящих к образованию кислот. По экспериментальным данным вклад отдельных соединений в кислотность атмосферного воздуха промышленного района распределяется следующим образом: серная кислота 60—70% [1, 20], азотная 30—50 % [1, 22], соляная 5%, на естественное окисление за счет растворения двуокиси углерода приходится 2% [1]. В настоящее время в качестве основных «виновников» закисления осадков рассматриваются сернистый газ, сульфаты, окислы азота, нитраты.
Известно, что определенные количества соединений серы и азота попадают в атмосферу из природных источников, например при вулкани-• ческой деятельности, пожарах и т. д. Однако основная масса выбросов соединений серы и азота обусловлена антропогенными источниками, связанными со сжиганием топлива: для серни-
стого газа это прежде всего электростанции, для окислов азота — электростанции и автотранспорт. В отношении роли автотранспорта в антропогенном выбросе окислов азота пока нет единого мнения. Специалисты автомобильного производства в США считают, например, что упреки в адрес автотранспорта необъективны, так как с 1960 по 1981 г. в США достигнуто снижение выброса окислов азота с отработанными газами автомобилей на 75%. Инвентаризация источников выбросов и соответствующие расчеты, проведенные на востоке США — в зоне, подвергшейся закислению, показали, что доля вклада автотранспорта в образование азотной кислоты в этом районе составила лишь 9 % [16]. На основании этого сделан вывод о том, что основная роль в антропогенном выбросе окислов азота принадлежит стационарным источникам. Однако признается, что автомобиль как мобильный источник выброса окислов азота может усугублять неблагоприятную ситуацию в районе, подвергшемуся закислению, доставляя дополнительный кислотный материал. В 1980 г. мировой антропогенный выброс соединений серы составил 113 млн. т в год [2]. Вклад сернистого газа в антропогенный выброс составляет 95% [29]. Точных данных о мировом антропогенном выбросе окислов азота нет, его оценки колеблются в пределах 40—90 млн. т в год [1, 23]. Время жизни двуокиси серы и окислов азота в атмосферном воздухе, по данным разных авторов, находится в пределах от нескольких часов до нескольких дней [1, 13].
Различают два способа выведения загрязнений из атмосферного воздуха, «мокрое» оседание, т. е. вымывание с дождем, снегом, туманом, а также «сухое» оседание загрязняющих веществ на подстилающую поверхность. Однако последнее труднее поддается измерению из-за технических сложностей. По оценкам, сделанным в Великобритании, почти 25 % двуокиси серы удаляется за счет «сухого» оседания [12]. Оставшиеся количества двуокиси серы и окислов азота в присутствии влаги различными путями трансформируются в серную и азотную кислоту или сульфаты и нитраты и затем в основном вымываются дождем. Хотя процессы самоочищения ограничивают образование в атмосферном воздухе соединений серы и азота, выпадение
