IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Проблемы экологии ПАО «ММК»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ТЕМА ПРОЕКТА: «РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ КОКСОВОГО И ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ПАО «ММК» КАК ОСНОВНОЙ ФАКТОР УЛУЧШЕНИЯ ЭКОЛОГИИ ГОРОДА МАГНИТОГОРСКА»
ВВЕДЕНИЕ
Я задумалась над тем, что экологии нашего города грозит опасность. Меня стали волновать проблемы экологической обстановки нашего города, и я решила углубиться в эту тему и узнать об этом немного больше.
Объект исследования: вредные химические выбросы.
Предмет исследования: влияние химических выбросов коксового и доменного производства на экологию города Магнитогорска.
Цель: Выяснить какое влияние оказывает ММК на экологию города.
Задачи:
1. Узнать, какие вещества выбрасываются с ММК и как они влияют на здоровье человека.
2. Выяснить, какие вредные выбросы в атмосферу делают коксовое и доменное производства.
3. Узнать, какие меры принимает ММК по улучшению экологической обстановки г. Магнитогорска.
Гипотеза: я предполагаю, что ММК оказывает серьезное отрицательное влияние на экологию города Магнитогорска, в то же время, я думаю, что в перспективе экологическая обстановка будет улучшаться за счет модернизации производства.
Методы исследования: изучение различных источников, в том числе научных; анализ и сравнение мониторинговых данных о экологии города, обобщение полученных сведений.
ГЛАВА 1. ВРЕДНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЧЕЛОВЕКА
Я узнала, что химическими веществами, выделяющимися в окружающую среду в процессе работы ММК являются: сероводород, фенол, серная кислота, сульфаты, всевозможные углеводороды, аммиак, формальдегид, диоксид азота, диоксид серы, оксид азота, оксид углерода, хлор. Именно они наносят вред здоровью жителей и экологической обстановке г. Магнитогорска. Я хочу разобраться, как же эти элементы влияют на природу и здоровье людей. Расскажу о действиях лишь некоторых, т.к. химических веществ очень много, и невозможно рассказать обо всех сразу.
1.1. Диоксид азотапоступает в атмосферу с выбросами предприятий металлургии, электростанций, транспорта. Образуется в процессе сгорания органического топлива при высоких температурах в виде оксидов азота, которые трансформируются в диоксид азота. Диоксид азота и оксид азота играют важную и сложную роль в фотохимических процессах, происходящих в тропосфере и стратосфере под влиянием солнечной радиации и являющихся причиной образования фотохимического смога и высоких концентраций приземного озона и формальдегида. Среднегодовые концентрации диоксида за все пять лет наблюдений превышали Предельно Допустимую Концентрацию (ПДК) в 1,5-1,8 раза. Территория в городе загрязнена повсеместно. Максимальные разовые концентрации, достигающие 3-5 ПДК, были отмечены в разных районах города при неблагоприятных метеоусловиях. Наибольшие среднемесячные концентрации на постах левобережной части города №34 и №36 поднимались до 3,5 ПДК.
На организм человека он влияет отрицательно. Вещество характеризуется высокой токсичностью. Является острым раздражителем, а также характеризуется общетоксическим действием. Воздействует в основном на органы дыхательной системы. В зависимости от концентраций наблюдаются различные последствия - от слабого раздражения слизистых оболочек глаз и носа до отека легких. Также может приводить к изменениям состава крови, в частности, способствует уменьшению содержания гемоглобина. Одним из последствий комплексного воздействия на слизистые оболочки является ухудшение способности человека видеть в сумерках. Теряется возможность приспособления к отсутствию света. При относительно невысоких концентрациях диоксид азота в атмосфере способен нарушать дыхание. Так, уже при содержании его в воздухе 0,056 мг на куб. метр у здорового человека наблюдается повышение сопротивления дыхательных путей. При длительном вдыхании этого газа происходит кислородное голодание тканей, особенно у детей. Вызывает болезни, кровообращения и злокачественные новообразования. Обладает токсичностью, негативно воздействует на генетический материал, репродуктивные органы, глаза, кожный покров. Оказывает сильное действие на центральную нервную систему.
Диоксид азота (NO2) отрицательно влияет на окружающую среду и почву. При взаимодействии с влагой во время дождя N02 превращается в азотную кислоту, которая увеличивает кислотность почвы. Диоксид азота играет важную роль в образовании фотохимического смога, который значительно ухудшает видимость и портит эстетику окружающей среды в целом.
1.2. Формальдегидобразуется при неполном сгорании жидкого топлива, поступает в атмосферу в смеси с другими углеводородами от предприятий черной металлургии и др.. Формальдегидпоступает в атмосферу не только от промышленных и природных источников, но и образуется в результате цепи химических реакций взаимодействия углеводородов с оксидами азота. Поэтому его высокие концентрации могут создаваться вследствие общего высокого загрязнения атмосферного воздуха города. Средняя продолжительность жизни формальдегида зависит от погодных условий и может быть более длительной при высокой солнечной активности и менее длительной – при облачности.
На организм человека он влияет отрицательно: Формальдегид вреден в воздухе в первую очередь для слизистых и кожных покровов человека, т.к. именно он вызывает раздражение, зуд, сыпь.Формальдегид поражает как верхние дыхательные пути (бронхи), так и легкие. При остром ингаляционном отравлении может наблюдаться угнетение функции дыхания, ощущения нехватки воздуха. При постоянном воздействии вероятно развитие хронических форм бронхита и бронхиальной астмы. Формальдегид внесен в список канцерогенов, поэтому постоянный контакт с этим веществом резко повышает вероятность заболевания раком.Под влиянием формальдегида могут развиваться дегенеративные изменения печени, почек, сердца и головного мозга. При попадании внутрь организма поражаются слизистые ткани желудочно-кишечного тракта. Затрагивается и генетический аппарат, что может возбудить возникновение раковых опухолей и негативно повлиять на репродуктивную функцию организма.
Формальдегид влияет на окружающую среду. Воздействие на растительность точно не определено, но, будучи токсичным веществом, на животных и птиц действует так же, как и на человека.Следует помнить, что формальдегид присутствует не только в газообразной форме в воздухе города, но также является компонентом многих чистящих и косметических средств, медицинских растворов и препаратов. В зависимости от сферы деятельности и образа жизни, и даже от выбора предметов домашней обстановки, степень воздействия этого вещества на организм разнится от случая к случаю.
1.3. Сероводород, фенол, аммиакв составе неорганизованных выбросов поступают в атмосферу от коксохимического производства ММК, значительное количество сероводорода выделяется от установок грануляции шлака. Сероводород для человека в больших количествах является опасным ядохимикатом. Это очень коварное вещество, так как человек чувствует только маленькие концентрации газа в воздухе, а при большой концентрации рецепторы перестают его распознавать. Небольшое количество сероводорода в организме человека присутствует постоянно, оно образуется в процессе гниения белков в кишечнике. Общее воздействие проявляется в угнетении и парализации клеточного дыхания. При длительном воздействии сероводорода на организм может развиться хронический конъюнктивит, воспаление глаз, эрозии и помутнения роговой оболочки, возникают бронхиты, риниты, слюнотечение и ларингиты.
Среднегодовые концентрации фенола в среднем по городу за 5 лет составляли 0,7-1 ПДК. Однако, в отдельные месяцы в разных районах города среднемесячное содержание превышало ПДК. Наиболее загрязнен фенолом также район поста №36: за весь пятилетний период среднегодовые концентрации здесь не были ниже Предельно Допустимой Концентрации, а в 2001 году -1,3 ПДК.Фенол ядовит. Относится к высокоопасным веществам (Класс опасности II). При вдыхании вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу, вызывая химические ожоги.
Среднегодовые концентрации аммиака не превышали ПДК и составляли от 0,5 до 1 ПДК. В отдельные месяцы среднемесячное содержание аммиака поднималось до 1,3-2 ПДК, максимальная разовая Предельно Допустимая Концентрация 2,4 была зарегистрирована на посту №35 в 2005 году.Аммиак опасен при вдыхании. При остром отравлении аммиаком поражаются глаза и дыхательные пути, при высоких концентрациях возможен смертельный исход. Вызывает сильный кашель, удушье. На почву аммиак влияет вполне положительно: кроме своего основного воздействия, также помогает в борьбе с грызунами и другими вредителями, включая проволочника. От точки внесения он распространяется на расстояние до 15 см, что делает азот более доступным для растений.
Реакция начинается сразу после попадания аммиака в почву, тогда как сухие удобрения начинают действовать при дополнительном увлажнении. Под влиянием аммиака в почве возрастает количество подвижных форм фосфора, калия и микроэлементов, что естественно улучшает режим питания растений и значительно повышает плодородность почвы.
1.4. Оксид углеродапоступает в атмосферу в основном от предприятий металлургии и автотранспорта в результате неполного сгорания топлива. Наибольшее количество оксида углерода выбрасывается горно-обогатительным производством ОАО “ММК”. Еще одно название оксида углерода, угарный газ, знакомо нам с малых лет. Он часто встречается в быту – например, выделяется из-за неисправностей газовых колонок и кухонных плит. Для отравления этим газом нужна совсем небольшая его концентрация. У оксида углерода нет цвета и запаха, что делает его еще опаснее. Интоксикация происходит стремительно, человек может потерять сознание в считанные секунды. Несмотря на то, что класс опасности оксида углерода – четвертый, его воздействие приводит к летальному исходу буквально за несколько минут. Почувствовав трудности с дыханием, головную боль, отсутствие концентрации, снижение слуха и зрения, необходимо по возможности открыть все окна и двери и как можно быстрее покинуть помещение.У здоровых людей эффект от пребывания в загрязненной оксидом углерода пространствах проявляется в уменьшении способности выносить физические нагрузки. У людей с хроническими болезнями сердца он может воздействовать на всю жизнедеятельность организма. Длительное воздействие может выражаться в участившихся головных болях, повышенной сонливости, тошноте.
ГЛАВА 2. КОКСОХИМИЧЕСКОЕ И ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО – ИСТОЧНИК ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ НА ПАО «ММК»
Возьмем для сравнения два производства: доменное производство и коксохимическое производство. Попробуем узнать экологические проблемы, связанные с этими основными производственными циклами на ПАО «ММК».
2.1. Основные экологические проблемы коксового производства.
Основными источниками газовых выбросов являются дымовые трубы коксовых батарей, технологические операции загрузки и выгрузки коксовых печей и тушения кокса, циклы конечного охлаждения газа, воздушники оборудования химических цехов. В химических цехах источниками организованных газовых выбросов оказываются многочисленные воздушники, а также вентиляционные системы, неорганизованные парогазовые выбросы возникают из - за недостаточной герметизации.
Сложный процесс борьбы с вредными выбросами можно проследить на схеме материальных потоков охлаждения и улавливания потоков химических продуктов коксования (Приложение 2).
В России с целью совершенствования процесса вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа разработана и внедрена в промышленную практику новая схема регенерации поглотительного раствора с раздельными циклами поглотительного раствора и циркулирующего через первичные газовые холодильники парового обессоленного конденсата. Последний служит теплоносителем для нагрева поглотительного раствора и хладагентом в верхних секциях первичных газовых холодильников при охлаждении прямого коксового газа от 80-82 до 65°С.
2.2. Проблемы вредных выбросов доменного производства на ПАО «ММК»
Выбросы в доменном производстве делятся на технологические и неорганизованные.
К технологическим выбросам относится колошниковый газ. В колошниковом газе содержится оксид углерода СО, пыль, метан СН4, водород Н2 и незначительные количества сероводорода H2S и диоксида серы SO2. Удельный выход технологических газов зависит от расхода кокса и составляет 2,0 - 2,5 тыс. м3/т чугуна, содержащего до 3% монооксида углерода. Удельный выход пыли с технологическими газами составляет 50-100 кг/т и зависит от давления доменного газа под колошником.
2.1. ПАО «ММК» реализует Федеральный проект «Чистый воздух»
Руководство ПАО «ММК» в рамках Федерального проекта «Чистый воздух», который является частью федерального проекта «Экология» предусматривает инвестиции в размере 21,7 млрд руб. до 2025 года и планирует сокращать выбросы в атмосферу более чем на 18 тыс. тонн ежегодно.
Так, количество вредных выбросов к 2025 году упадет с 198.0 тыс. тонн до 174.8 тыс. тонн
5 апреля 2019 года запущен масштабный проект – принципиально технологически новая аглофабрика № 6. Магнитогорский металлургический комбинат планирует ускорить строительство коксовой батареи №12, запуск первой очереди должен состояться в 2021 году вместо 2022 года, сообщил 23 апреля 2019 года журналистам председатель совета директоров меткомбината Виктор Рашников.
"Аглофабрику запускаем, следующий проект - это коксовая батарея. Если изначально у нас стоял запуск на 2022 год, то сегодня <…> буквально все наши усилия будут направлены на то, чтобы первую очередь построить не в 2022 году, а в 2021 году. Это позволит уменьшить выбросы первой категории", - сказал он. Рашников добавил, что также у предприятия есть планы по строительству новой доменной печи. Все мероприятия позволят к 2024 году снизить уровень предельно допустимой концентрации вредных веществ до уровня нормы.
Годовая производительность новой коксовой батареи составит 1 140 тыс. В состав основного объекта комплекса коксовой батареи войдут два блока производительностью по 570 тыс. тонн кокса в год, угольная и тушильная башни, коксовые машины. Коксовая батарея будет оснащена установкой беспылевой выдачи кокса, что позволит существенно снизить количество вредных выбросов в атмосферу.
Помогать модернизировать коксовое производство нам будут китайцы. С ними подписан меморандум о сотрудничестве. (Приложение 1) Ввод в строй новой коксовой батареи № 12 позволит вывести из эксплуатации физически и морально устаревшие коксовые батареи № 1, 2 и 3, что существенно улучшит экологическую обстановку в Магнитогорске.
Таблица 1.
Примерный состав доменного газа
|
Компоненты |
СО2 |
СО |
СН4 |
Н2 |
О2+N2 |
|
При работе с повышением давления и комбинированным дутьем, % |
11,3 |
29,0 |
0,20 |
4,30 |
55,2 |
При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяются пыль и окись углерода. Аспирация и очистка обычно не предусмотрены. Через аэрационные фонари выделяются в среднем 40 г пыли и 60 г СО на 1 т разлитого чугуна.
Все выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединить и направлять их для очистки в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн. м3/ч.
Воздухонагреватели. Воздухонагреватели доменных печей загрязняют атмосферу преимущественно окисью углерода, в среднем 11 - 14 г/т чугуна. Концентрация окиси углерода, удаляемой через аэрационные проемы зданий, составляет в среднем 33 мг/м3.
Пылеуловители. При сухой разгрузке пылеуловителей в атмосферу выделяется 0,75 - 1,0 г пыли на 1 т чугуна. Средняя концентрация пыли при погрузке на открытые железнодорожные платформы составляет 250 мг/м3 на расстоянии 5 м от пылеуловителя при отсутствии ветра. При смачивании пылевыделение значительно сокращается. В настоящее время разработана закрытая система пневматического транспортирования уловленной пыли.
Прорывным для доменного производства ММК станет строительство комплекса новой доменной печи №11 с рабочим объемом 3800 м и производительностью 3,7 млн тонн чугуна в год. Эта печь, пуск которой намечен на 2024 год, будет построена в соответствии с наилучшими доступными технологиями. На ней будет предусмотрена система аспирации литейных дворов и подбункерных помещений производительностью 2 млн м/ч и остаточной запыленностью 10 мг/м3. Также будут установлены системы очистки доменного газа и придоменной грануляции шлака. Печь будет оснащена локальным оборотным циклом водоснабжения. Будет построена утилизационная паровоздуходувная электростанция. Предусмотрена возможность применения технологии вдувания пылеугольного топлива. Запуск в эксплуатацию новой доменной печи позволит вывести из работы три действующих доменных печи и достигнуть сокращения выбросов в атмосферу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Найденные и проанализированные нами научные данные о составе химических выбросов в металлургии позволяют говорить о том, что производственные предприятия ПАО «ММК» (коксовое и доменное производство) наносят большой вред экологии города. Эти процессы, в связи с особенностями производства, неизбежны. В ходе работы над своим исследованием мне удалось выяснить:
В результате коксового и доменного производства в атмосферу города выбрасываются: колошниковый газ. В колошниковом газе содержится оксид углерода, который может вызвать у человека трудности с дыханием, головную боль, отсутствие концентрации, снижение слуха и зрения; пыль, метан (длительное действие на организм человека не вызывает тяжелых органических изменений), водород и незначительные количества сероводорода (угнетение и парализация клеточного дыхания) и диоксида серы (раздражение слизистых оболочек, воспаления носоглотки, трахеи, кашель, хрипота и боль в горле.).
Вредные выбросы на производстве неизбежны, эффективное их сокращение технологически представляет сложный процесс:
Примером технологически сложного процесса борьбы с выбросами может служить процесс улавливания материальных потоков охлаждения и потоков химических продуктов коксования.
При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяются пыль и окись углерода. Аспирация и очистка обычно
не предусмотрены. Все выбросы литейного двора крупных печей стремятся объединить и направлять их для очистки в электрофильтры. Общее количество отсасываемого газа у крупных печей достигает 1 млн. м3/ч.
Очевидно, что уже сегодня много сделано по улучшению атмосферы в городе. Но этого недостаточно. Развитие науки и технологий не стоит на месте. В ближайшее время экология в городе будет значительно улучшена. Реализация проекта «Чистый воздух» позволит к 2025 году
снизить общее количество вредных выбросов на комбинате с 198.0 тыс. тонн до 174.8 тыс. тонн. 5 апреля 2019 года запущена новая аглофабрика. А многомиллионный проект строительства коксовой батареи №12, планируют запустить досрочно, запуск первой очереди должен состояться в 2021 году (по плану в 2022 г.). Коксовая батарея будет оснащена установкой беспылевой выдачи кокса, что позволит существенно снизить количество вредных выбросов в атмосферу. Ввод в строй новой коксовой батареи № 12 позволит вывести из эксплуатации физически и морально устаревшие коксовые батареи № 1, 2 и 3, что существенно улучшит экологическую обстановку в Магнитогорске.
ОБЩИЙ ВЫВОД. В результате исследования моя гипотеза
подтвердилась. ММК оказывает серьезное отрицательное влияние на экологию города Магнитогорска, в то же время, в перспективе экологическая обстановка будет улучшаться за счет модернизации производства. Руководство ПАО «ММК», в лице председателя совета директоров Виктора Рашникова, генерального директора ММК Шиляева Павла Владимировича для улучшения экологической обстановки в городе запускают масштабные инвестиционные экологические проекты.
Библиографический список
Техника пылеулавливания и очистка промышленных газов: Справ.изд. Алиев Г.М.-А. М.: Металлургия, 1986. стр.425 – 429. [Электронный ресурс] kommersant.ru›doc/4142195mmk.ru›Пресс-центр›75287 (Дата обращения 15.01.2020)
Федоров С.П. статья «ММК продолжает модернизацию доменного цеха» -газета «Южный Урал» от 30.10.2019 [Электронный ресурс]
kommersant.ru›doc/4142195 (Дата обращения 15.01.2020)
«Основные проблемы коксохимического производства и пути их решения» [Электронный ресурс] Портал студенческих и научных материалов
промышленная экология - Ozib com (Дата обращения 15.01.2020)
«ММК инвестирует в экологическую программу "Чистый воздух" 21,7 млрд руб. до 2025 года» [Электронный ресурс] http://yandex.ru/ nacionalnye-proekty/6367130 Челябинская область/, 23 апреля. /ТАСС/) (Дата обращения 15.01.2020)
Приложение 1.
Схема материальных потоков охлаждения и улавливания потоков химических продуктов коксования
Приложение 2.
Подписание меморандума о намерениях и взаимном сотрудничестве в реализации проекта реконструкции коксохимического производства ММК. Подписи под документом поставили генеральный директор ПАО «ММК» Павел Шиляев и председатель совета директоров Sinosteel Equipment & Engineering Co., Ltd Лу Пэнчэн.