ВВЕДЕНИЕ

Металлургия - одна из важнейших отраслей российской промышленности. Доля металлургической промышленности в ВВП России составляет около 5%, в промышленном производстве - около 18%, в экспорте - около 14%. Доля России в мировых запасах железных руд 32%, а их ежегодная добыча в стране составляет 15 % от мировой отрасли (Машковец, Коротков, 2008).

Значение металлургии для экономики страны сложно преувеличить. Однако у отрасли есть свои серьёзные сложности. Основные производственные мощности предприятий металлургической промышленности были спроектированы и построены ещё в 1970-1980?е гг., что привело к тому, что большинство агрегатов и уникального оборудования в металлургической промышленности не использовалось, морально и физически устарело. Крупнейшие металлургические заводы России - это, как правило, градообразующие предприятия. При этом металлургические предприятия из-за своего устаревшего оборудования являются одними из главных источников загрязнений.

Ежегодно в металлургии потребляется около 1200 млн. м3 свежей воды (Селицкий, 2009). Очистные сооружения в большинстве своем были спроектированы еще в Советском Союзе и не способны производить эффективную очистку сточных вод.

Белорецкий металлургический комбинат, расположенный на Южном Урале, является одним из старейших металлургических предприятий страны и входит в состав группы ОАО «Мечел». Ассортимент выпускаемой продукции включает катанку и стальную проволоку из качественных марок сталей - углеродистых, легированных и нержавеющих, стальные канаты различных конструкций без покрытия и оцинкованных, ленту различных размеров и сечений, гвозди. Комбинат является единственным предприятием России, где выпускается микропроволока диаметром до 0,009 мм. Продукция БМК востребована практически во всех отраслях промышленности: в топливно-энергетической, машиностроительной, строительной, а также в оборонно-промышленном комплексе. Однако, как и в целом по отрасли, у комбината имеются проблемы связанные с негативным влиянием на окружающую среду.

В Республике Башкортостан подсчёт вреда водоёмам управление начало с 2009 г., когда Минприроды России утвердило методику его исчисления. Проверки показали, что 169 предприятий ЖКХ и нефтехимической отрасли имеют очистные сооружения, 41 - сбрасывает сточные воды без очистки, причем, только 6 из них имеют на это право, так как их стоки считаются нормативно чистыми. В кубических метрах это выглядит так: всего в водоёмы Башкирии поступает 526 млн. кубометров стоков, и лишь 4% этого объёма хорошо очищено. Печальное лидерство по насчитанному размеру вреда удерживают ОАО «УМПО» (657,5 млн. руб.), ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» (408,2 млн.), Белорецкий МУП «Водоканал» (221,1 млн.) (Государственный…, 2012). Именно поэтому проблема очистки сточных вод имеет такое большое значение.

Цель работы: провести оценку эффективности работы очистных сооружений ОАО БМК и рассмотреть пути решения проблем.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ качества сточных вод ОАО БМК за 2012 год;

2. Оценить эффективность очистки сточных вод ОАО БМК в 2012 году, сравнить качество очищенной воды с фоновыми показателями в реке Белой;

3. Выделить значимые экологические аспекты ОАО «БМК» по качеству сточных вод, разработать мероприятия по решению имеющихся проблем

4. Вычислить размер нанесенного вреда реке Белая за 2012 год вследствие промышленных сбросов ОАО БМК

Научно-практическая значимость работы заключается в разработке практических рекомендации по улучшению качества очистки сточных вод ОАО «БМК» и их теоретическом обосновании.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Загрязнение водных ресурсов сточными водами

В течении как минимум двух тысячелетий качество воды постоянно ухудшается и достигает таких уровней загрязнения, когда использование воды в разных целях сильно ограничено или вода может быть вредна для человека. Это ухудшение связано с социально-экономическим развитием в пределах бассейна реки, но атмосферный перенос загрязнителей на далекие расстояния теперь изменил эту картину: даже удаленные районы могут быть подвергнуты непрямому загрязнению (Горшков, Фролова, 1996).

Средневековые отчеты и жалобы о неправильном удалении продуктов жизнедеятельности, грязи и зловонии в реках, протекающих в перенаселенных городах, и других сходных проблемах были ранним проявлением городского загрязнения вод. В первый раз четкая причинная связь между плохим качеством воды и воздействиями на здоровье человека была установлена в 1954 г., когда Джон Сноу проследил, что вспышка эпидемии холеры в Лондоне имеет отношение к определенному источнику питьевой воды (Груздев, 2008)

С середины двадцатого столетия и происходя одновременно с ускорением промышленного роста, различные типы проблем загрязнения вод претерпели быструю смену стадий. В настоящее время в мире осталось немного рек, которые не были бы загрязнены продуктами жизнедеятельности человека. Со сточными водами в реки попадают удобрения и пестициды с сельскохозяйственных земель. А также в них попадают воды из канализации и дренажных канав. Некоторые заводы сливают в реки и озера потоки грязной воды. Загрязнение вод рек и озер нитратными удобрениями растет на планете практически каждую неделю (Бурлаков, 2010). К сожалению, даже в том случае, если запретить использовать нитратные удобрения уже завтра, ситуация будет ухудшаться. Нитраты медленно, уже в течение многих лет, просачиваются через землю в русла рек или озер. Грязные сточные воды и удобрения попадают в озера и водохранилища и вызывают стремительный рост водорослей, которые душат речную фауну и флору (Акимов, Вознесенский, 1996).

Резюмируя ситуацию, можно сказать следующее:

· проблемы из прошлого (патогены, кислородный баланс, эвтрофикация, тяжелые металлы) осознаны, исследованы, определены необходимые меры по предотвращению негативных воздействий на окружающую среду и в большей или меньшей степени эти меры применяются;

· сегодняшние проблемы имеют другую природу - с одной стороны, традиционные точечные и более обширные источники загрязнения (нитраты) и повсеместные проблемы загрязнения (синтетическая органика) и, с другой стороны, проблемы "третьего поколения", связанные с глобальными циклами (кислотные дожди, изменение климата).

· В прошлом загрязнение вод в развивающихся странах происходило в основном от сбрасывания необработанных сточных вод. Теперь эти проблемы более сложны в результате производства опасных отходов производства и быстро возрастающего применения пестицидов в сельском хозяйстве. В действительности, загрязнение вод сегодня в некоторых развивающихся странах, как минимум развивающих новую промышленность, представляет более серьезную проблему, чем в развитых странах. К несчастью, развивающиеся страны в целом сильно отстают в контролировании своих основных источников загрязнения. Как одно из последствий, состояние окружающей среды в развивающихся странах постоянно ухудшается (Исупова, Короленко, 2013)

Существует огромное количество микробных агентов, элементов и химических соединений, вызывающих загрязнение вод. Они могут быть разделены на следующие категории: микроорганизмы, органические соединения, способные разрушаться биологическим путем, взвешенные частицы, нитраты, соли, тяжелые металлы, удобрения и органические микрозагрязнители (Волкова, Ведерникова, 2012).

Органические вещества природного или антропогенного происхождения разлагаются аэробными микроорганизмами в русле реки. Вследствие этого вниз по течению реки от мест выброса сточных вод наблюдается снижение уровня кислорода, ухудшающее качество воды и жизнь водной биоты, особенно высококачественной рыбы (Хохряков, Бугай, 2006).

Взвешенные частицы - один из основных компонентов органического и неорганического загрязнения. Большинство токсичных тяжелых металлов, органических загрязнителей, патогенов и питательных веществ, таких как фосфор, обнаружено во взвешенных частицах. Взвешенные частицы появляются вследствие урбанизации и строительства дорог, уничтожения лесов, раскопок и добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ в реках, природных причин, связанных с материковой эрозией или природными катастрофами (Волкова, Ведерникова, 2012).

Концентрация нитратов (рассчитанная по азоту) в незагрязненных поверхностных водах варьирует от <0,1 до 1 мг/л, таким образом, уровни нитратов выше 1 мг/л указывают на такие антропогенные воздействия, как сброс коммунальных стоков и смыв городских и сельскохозяйственных осадков. Высокие концентрации нитратов в питьевой воде могут привести к острым отравлениям грудных детей во время первых месяцев их жизни, или вызвать у пожилых явление, называемое метагемоглобинемией (Волынкина 2006).

Засоление вод может быть вызвано такими природными условиями, как геохимическое взаимодействие вод с засоленными почвами, или антропогенной деятельностью, включая сельское хозяйство с орошением, интрузией морской воды вследствие избыточного отсасывания грунтовых вод на островах и в прибрежных зонах, удаления промышленных отходов и солевых растворов после нефтяного промысла, уничтожения льда на дорогах, известкования щелочными растворами и утечки сточных вод (Карабасов, Юсфин, 2004).

Тяжелые металлы - свинец, кадмий и ртуть - относятся к микрозагрязнителям и представляют собой особую проблему, так как они играют особую роль в отношении здоровья людей и окружающей среды из-за их персистентности, высокой токсичности и биоаккумуляционных свойств (Кондратьев, 2007).

Благодаря такому постоянно развивающемуся, агрессивному и многогранному сценарию загрязнения, проблема качества водных ресурсов стала острой, особенно в более урбанизированных зонах развивающихся стран. Поддержанию качества воды на должном уровне препятствуют два фактора: провал попыток ввести принудительные меры по борьбе с основными источниками загрязнения, особенно производственными, и несоответствие санитарных систем и уборки и удаления мусора современным стандартам (Кошкина, 2007).

Болезни, возникающие от попадания в пищеварительный тракт патогенов из зараженной воды, оказывают огромное воздействие на здоровье везде в мире. По оценкам, 80% всех заболеваний и более трети смертельных случаев в развивающихся странах вызваны употреблением зараженной воды, а в среднем не менее одной десятой части продуктивного времени каждого человека отдается заболеваниям, связанным с водой. Заболевания, развитие которых связано с водой, составляют крупнейшую отдельную категорию заболеваний, которые вносят большой вклад в младенческую смертность в развивающихся странах. Эта категория - вторая после туберкулеза, вызывающего гибель взрослых (Водяницкий, 2011).

Проблемы со здоровьем, связанные с химическими веществами, растворенными в воде, возникают непосредственно из свойств этих веществ вызывать неблагоприятные последствия при длительном воздействии; особого отношения заслуживают загрязнители, обладающие кумулятивными токсичными свойствами - тяжелые металлы и некоторые органические микрозагрязнители, канцерогенные вещества и вещества, которые могут вызывать неблагоприятные репродуктивные последствия и влиять на развитие. Другие растворенные в воде вещества являются необходимыми ингредиентами рациона потребления и, несмотря на это, нейтральны по отношению к нуждам человека (Соколов, Панарин, 2008).

Экономические последствия загрязнения воды могут быть достаточно серьезными вследствие вредных воздействий на здоровье человека или на окружающую среду. Ухудшение здоровья часто снижает эффективность труда человека, а разрушение окружающей среды уменьшает продуктивность водных ресурсов, непосредственно используемых людьми (Пыриков, Вильданов, 2008).

Рациональное использование водных ресурсов в настоящее время представляет собой крайне насущную проблему. Это, прежде всего охрана водных пространств от загрязнения, а так как промышленные стоки занимают первое место по объёму и ущербу, который они наносят, то именно в первую очередь необходимо решать проблему сброса их в реки. В частности, следует ограничить сбросов в водоёмы, а также усовершенствование технологий производства, очистки и утилизации. Также важным аспектом является взимание платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ и перечисление взимаемых средств на разработку новых безотходных технологий и сооружений по очистке. Необходимо снижать размер платы за загрязнения окружающей среды предприятиям с минимальными выбросами и сбросами, что в дальнейшем будет служить приоритетом для поддержания минимума сброса или его уменьшения. По всей видимости, пути решения проблемы загрязнения водных ресурсов в России лежат, прежде всего, в области разработки развитой законодательной базы, которая позволила бы реально защитить окружающую среду от вредного антропогенного воздействия. Также изыскание путей реализации этих законов на практике, что, в условиях российских реалий, наверняка столкнется с существенными трудностями (Шмелева, 2009).

1.2 Влияние выпуска сточных вод металлургических предприятий на санитарное и общеэкологическое состояние водоемов

сточный вода очистка экологический

Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды. Из общего количества воды, потребляемой предприятиями из источников, до 10-15 % составляют безвозвратные потери, связанные с испарением и каплеуносом в системах оборотного водоснабжения, приготовлением химически очищенной воды, потерями в технологических процессах и др. (Кондратьев, 2007). Остальная вода после использования возвращается в водоем в виде сточных вод. Сточные воды образуются при обогащении руд, очистке технологических газов и аспирационного воздуха, гидротранспортировке различной пыли, золы и других материалов, грануляции шлаков охлаждения прокатного оборудования, отделке проката, разливке чугуна и сплавов, а также при охлаждении доменных и мартеновских печей, конверторов и др. Доля водопотребления и водоотведения составляет: на охлаждение оборудования - 49%, очистку газов и воздуха - 26%, обработку и отделку металла - 12%, гидравлическую транспортировку отходов производства - 11%, прочие нужды - 2% (Василенко, Никифоров, 2009).

При сбросе загрязненных сточных вод металлургических комбинатов в водоеме резко увеличивается содержание взвешенных веществ, значительная часть которых осаждается вблизи места выпуска. Отложения осадка в водоеме могут достигать нескольких десятков сантиметров и служить источником вторичного загрязнения. Параллельно с этим отмечаются уменьшение прозрачности и появление специфической бурой окраски воды (Соколов, 2005).

В водоеме, куда сбрасываются стоки металлургических заводов, могут наблюдаться также повышение температуры воды, некоторое увеличение окисляемости и биологической потребности кислорода, ухудшение кислородного режима. В отдельных случаях отмечается наличие маслянистой пленки на поверхности воды и появление токсичных веществ. Поступление токсичных веществ наряду с наличием высоких концентраций мелкодисперсной взвеси, может привести к гибели водных организмов и нарушению естественных процессов самоочищения (Самонин, Никонова 2011).

Неблагоприятные условия могут создаваться при сбросе сточных вод металлургических заводов в водохранилище. Наблюдаемое в таких зарегулированных водоемах слабое перемешивание и замедленное течение приводят к резкому ухудшению санитарно-гигиенического состояния водного объекта.

Поступление в поверхностные водоемы, особенно маломощные, больших количеств загрязненных сточных вод металлургических заводов может заметно ухудшить санитарный режим на значительном протяжении, затрагивая интересы многих водопользователей (Соколов, Панарин, 2008).

Этим определяется важность проведения технологических мероприятий с целью исключения отрицательного влияния сброса сточных вод металлургических заводов на санитарные условия водопользования и здоровье населения.

1.3 Нормативно-правовая база в области очистки сточных вод

Основные принципы государственной политики в области контроля качества воды в нашей стране закреплены соответствующими статьями Водного кодекса Российской Федерации и Федерального закона Российской Федерации от 10.01.02 №7 - ФЗ «Об охране окружающей среды». Большое значение имеет также Закон № 416 - ФЗ от 07.12.11 «О водоснабжении и водоотведении».

Проектирование вновь строящихся и реконструируемых систем наружной канализации постоянного назначения для населенных пунктов и объектов народного хозяйства основывается на СНиП 2.04.03-85.

Условия приема сточных вод и загрязняющих веществ в систему коммунальной канализации от предприятий разрабатываются водопроводно-канализационным предприятием либо по его поручению проектными, наладочными или другими организациями согласно Правилам приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов. Правила приема содержат требования к количеству и составу производственных сточных вод, которые могут быть сброшены промышленными предприятиями в системы канализации населенных пунктов для совместного отведения и очистки со сточными водами населенных пунктов, а также нормы допустимых концентраций загрязняющих веществ, содержащихся в производственных сточных водах. Устанавливаемые правила направлены на обеспечение охраны водоемов от загрязнения недостаточно очищенными городскими сточными водами, предотвращения нарушений в работе сетей и сооружений канализации населенных пунктов, повышения эффективности работы этих сооружений и безопасности их эксплуатации за счет правильной организации приема производственных сточных вод в сеть канализации населенного пункта (Алексеев, 2004).

Нормативы допустимых сбросов веществ (за исключением радиоактивных веществ) и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей утверждаются Федеральным агентством водных ресурсов по согласованию с Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Федеральным агентством по рыболовству и Федеральной службой по надзору в сфере природопользования на основании предложений водопользователей, подготовленных в соответствии с нормативами допустимого воздействия на водные объекты, разработанными в порядке, установленном постановлением Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2006 г. № 881 «О порядке утверждения нормативов допустимого воздействия на водные объекты».

Согласно ст. 44 Водного кодекса РФ «Использование водных объектов для целей сброса сточных вод и (или) дренажных вод осуществляется с соблюдением требований, предусмотренных настоящим Кодексом и законодательством в области охраны окружающей среды». Содержание радиоактивных веществ, пестицидов, агрохимикатов и других опасных для здоровья человека веществ и соединений в водных объектах не должно превышать соответственно предельно допустимые уровни естественного радиационного фона, характерные для отдельных водных объектов, и иные установленные в соответствии с законодательством Российской Федерации нормативы (ст. 56 Водного кодекса РФ). Поскольку все водные объекты относятся к водным объектам рыбохозяйственного значения (Приказ Государственного комитета Российской Федерации по рыболовству № 96 от 28.04.1999 г.), качество воды оценивается в соответствии с «Перечнем рыбохозяйственных нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение». Нормативы также отражены в СанПиН 2.1.5.980-00, СанПиН 3.2.569-96, ГН 2.1.5.689-98, ГН 2.1.5.690-98.

Следует обратить внимание на очень жесткие требования, предъявляемые в России, к содержанию различных веществ в сточных водах. Так, например, ПДК по многим контролируемым показателям, в частности нефтепродуктам, в несколько, а то и в десятки раз меньше, чем в других странах. Нормы сброса в городской коллектор часто ниже содержания контролируемых веществ в питьевой воде. Если в прежние годы содержание загрязняющих веществ в ливневых сточных водах промышленных предприятий контролировали по нескольким основным показателям (нефтепродукты, взвешенные вещества, БПК), то сегодня предъявляются требования в отношении содержания 15-20 соединений (Рудник, Кичигин, 2007).

Для своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий этих процессов (Водный кодекс РФ ст. 30) производится контроль качества воды водоемов. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков, включая устьевые участки рек, по физическим, химическим и гидробиологическим показателям отражены в ГОСТ 17.1.3.07-82. Порядок осуществления государственного мониторинга водных объектов установлено постановлением Правительства РФ «Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов».

Лица, виновные в нарушении водного законодательства, несут административную, уголовную ответственность и возмещают причиненный вред добровольно или в судебном порядке в соответствии с законодательством Российской Федерации (Водный кодекс РФ ст. 68, 69).

Нормативно-правовая база России в области очистки сточных вод направлена на поддержание развития водохозяйственного комплекса страны, обеспечивающего устойчивое водопользование, охрану водных объектов, защиту от негативного воздействия вод, а также по формированию и реализации конкурентных преимуществ Российской Федерации в водоресурсной сфере.

1.4 Очистка сточных вод в черной металлургии

Очистка производственных сточных вод на металлургических заводах решается индивидуально для отдельных производств. Рассмотрим методы очистки сточных вод в отдельных отраслях черной металлургии:

В доменных цехах сточные воды образуются в подбункерных помещениях. Сточные воды от охлаждения оборудования являются условно-чистыми. Количество их при водяном охлаждении составляет 15-20 м3 на 1 т выплавляемого чугуна, при испарительном охлаждении - 5-10 м3. Температурный перепад составляет 7-8°С (Горшков, Фролова, 1996).

Подбункерные сточные воды загрязнены механическими примесями (до 2-3,5 г/л). Общее количество сточных вод составляет около 2-6 м3 на 1 т выплавляемого чугуна. Гранулометрический состав взвешенных веществ очень неравномерен. Их направляют в отстойник, где они отстаиваются. Осадок из отстойников возвращается на агломерационную фабрику для приготовления шихты, а осветленную воду используют в обороте (Хаматурина, Кривогина, 2006).

При доменном цехе в самостоятельный комплекс выделяют сооружения очистки доменного газа и по обработке сточных вод, образующихся от его очистки. В процессе плавки образуется около 4000 м3 газов на 1т чугуна, содержащих 5-20 г/м3 пыли. Эти газы проходят три этапа очистки: первый - "сухой", на котором задерживается 70-80% пыли, второй - "мокрый" - в скрубберах, орошаемых водой, уносящий около 15% пыли, и третий - на электрофильтрах, где задержанная пыль смывается водой. Общий расход воды составляет 4-9 м3 на 1000 м3 очищаемого газа или 20-30 м3 на 1 т. выплавляемого чугуна (Жумаханова, Абишева, 2014).

Очистка воды и подготовка ее к повторному использованию заключается в отстаивании и охлаждении (рис.1).

Рис. 1. Схема очистки и возврата сточных вод газоочистки доменного производства

Допустимое содержание взвешенных веществ в очищенной воде - 150 мг/л, что обеспечивается при продолжительности отстаивания 45-60 мин.

Выпадающий на дно отстойников осадок имеет довольно низкую влажность (около 80%) и состоит из тяжелых частиц. Осадок на 60% состоит из веществ, пригодных для возврата в доменную печь. Его удаляют из отстойников с помощью насосов и направляют либо на агломерационную фабрику, либо на брикетирование (Ильин, Колесникова, 1998).

Переработка шлака доменных печей обычно заключается в его грануляции. Количество сточной воды на 1 т. гранулированного шлака составляет 2,5 м3 для кислых и нейтральных шлаков и 5 м3 для основных шлаков. Сточные воды в зависимости от состава выплавляемого чугуна имеют кислую или щелочную реакцию и содержат сероводорода 10-30, сульфатов 100-150, хлоридов 50-80 и взвешенных веществ 300-650 мг/л (Халемский, Паюсов, 2004).

Для осветления сточных вод грануляционных установок применяют горизонтальные отстойники, что явно недостаточно, т.к. они совершенно не очищают стоки от сероводорода, сульфатов и хлоридов.

Кислые сточные воды нейтрализуются известью, для щелочных сточных вод нейтрализации не требуется.

При производстве стали сточные воды образуются после охлаждения сталеплавильных печей и конверторов и после мокрой очистки газов. При охлаждении сталеплавильных печей образуются условно-чистые стоки (Волынкина, 2006)

Количество сточных вод от мокрой очистки мартеновских газов составляет 7-10 м на 1000 м3 газа, что соответствует 3,7-5,2 м3 на 1 т выплавляемой стали. Средняя концентрация взвешенных веществ составляет 3 г/л, максимальная -- 17 г/л.

В целях повторного использования сточных вод на газоочистке их необходимо осветлять до остаточного содержания взвешенных частиц 150-200 мг/л.

Для очистки сточных вод мартеновской газоочистки применяют радиальные отстойники или открытые гидроциклоны без коагуляции и с коагуляцией. В системе оборотного водоснабжения рН воды обычно равно 3.

Количество сточных вод, образующихся от мокрой очистки газов кислородных конвертеров, зависит от способа отвода и очистки газов. Количество сточных вод от газоочисток одного 100-130 т конвертора составляет 200-300 м3/ч, а 250-400 т конвертера - 2000-4000 м3/ч. Конвертерный цех состоит из двух-трех агрегатов. Поэтому количество сточных вод от газоочисток современного конвертерного цеха достигает 4000-6000 м3/ч (Величко, Рубановская, 2005).

Сточные воды от очистки конверторного газа загрязнены твердыми взвешенными частицами и растворимыми химическими веществами.

При проектировании систем очистки необходимо предусмотреть улавливание крупных взвешенных частиц (более 500 мкм) из сточных вод перед их поступлением на очистные сооружения.

Очистку сточных вод рекомендуется производить:

- в открытых гидроциклонах для газоочисток конвертерных цехов с расходом сточных вод 600-900 м3/ч;

- в отстойниках с камерой флокуляции для больших конвертеров (250-400 т), работающих с расходом воды на цех 2000-4000 м3 /ч;

- в флокуляторах гидроциклонного типа для конвертеров любой емкости.

Для интенсификации работы очистных сооружений используют добавки флокулянтов (Соколов, 2005).

Концентрация твердых взвешенных веществ в шламовой пульпе от открытых гидроциклонов 100-150 г/л; от отстойников и флокуляторов 300-400 г/л.

Шламовая пульпа направляется на обезвоживание с последующей утилизацией шлама, а сливы после сгустителей и фильтрат обезвоживающих установок возвращаются на очистные сооружения для обработки их коагулянтами.

При стабильной обработке оборотной воды конвертерных газоочисток системы могут работать в полностью замкнутом (бессточном) режиме без сброса воды в водоемы.

При мокрой очистке газов электросталеплавильных дуговых печей образуются сточные воды в количестве 2-4 м3 на 1000 м3 газа или 3-6 м3 на 1 т выплавляемой стали. Они характеризуются содержанием мелкодисперсных взвешенных веществ 1000-10000 мг/л, наличием окислов железа, сульфатов, хлоридов, фторидов и др. (Майоров, Седов, 2008).

Сточные воды от взвешенных веществ могут очищаться как в радиальных отстойниках, так и в открытых гидроциклонах.

На рис.2 приведена принципиальная схема водоснабжения газоочисток сталеплавильных агрегатов с использованием открытых гидроциклонов.

Рис. 2. Схема водоснабжения газоочисток сталеплавильных агрегатов

В прокатных цехах сточные воды образуются от ряда производственных процессов, таких как охлаждение нагревательных печей, подшипников и валков прокатных станов; смыв окалины.

1) Цеха горячей прокатки:

В зависимости от типа прокатного стана количество сточной воды составляет 5-10 м3 на 1 т прокатываемого металла. Вода нагревается всего на 3-5°С.

Сточные воды загрязнены окалиной и маслом. Они содержат масло в количестве 30-50мг/л (Ушаков, Солодов, 2007).

Для возможности повторного использования сточные воды необходимо очищать. Очистка осуществляется обычно в две ступени. В качестве первой ступени очистки применяют первичные отстойники (горизонтальные, радиальные). Далее - вторичные отстойники с продолжительностью отстаивания 1-2 ч. Вместо вторичных отстойников возможно применение напорных гидроциклонов.

Возможна и третья ступень очистки, для которой применяют кроме сетчатых фильтров электромагнитные фильтры и гравийные или песчаные фильтры.

Электромагнитные фильтры имеют различные конструкции. Вода, проходя через намагниченную фильтрующую загрузку, очищается от взвешенных веществ и отводится через другой патрубок.

Гравийные или песчаные фильтры имеют различную конструкцию. Загрузку такого фильтра выполняют из гравия или щебня крупностью 40-60 мм. Гравий или щебень необходим для препятствия поперечному движению загрузочного материала при промывке.

Такие фильтры очищают сточные воды с содержанием взвешенных твердых частиц не более 100 мг/л до остаточного содержания их 5-8 мг/л.

Эффект очистки по взвешенным веществам достигает не более 50-70%, при этом очистка от растворенных веществ в фильтрах такого типа не происходит (Рокотянская, 2011).

2) Цеха холодной прокатки:

При холодной прокатке металла сточные воды, образующиеся от охлаждения оборудования, нагревательных агрегатов, масло- и воздухоохладителей, не загрязняются, а только нагреваются на 5-8°. Количество их составляет 25-30 м3 на 1 т прокатываемого металла (Ушаков, Солодов, 2007).

Загрязненные сточные воды поступают от системы технологической смазки валков и прокатываемого металла. В качестве технологических смазок применяют эмульсии или водяные растворы, называемые смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). В их состав входят различные растительные или минеральные масла.

СОЖ необходимо использовать многократно в замкнутой циркуляционной системе. В процессе прокатки СОЖ загрязняются мельчайшими механическими примесями, а также солями и кислотами, остающимися после травления. Кроме того, СОЖ нагревается на 10-15%. Общее количество содержащихся в СОЖ частиц 200-650 мг/л.

В эмульсиях содержание неэмульгированных масел допускается не более 200мг/л, общая жесткость воды не должна превышать 2 мг-экв/л, предельная концентрация хлоридов - 25 мг/ л, сульфатов - 60 мг/л.

Маслоэмульсионные стоки очищают методом флотации при продолжительности процесса 6-10 (Рокотянская, 2011).

Флотация - это физико-химический метод очистки сточных вод от нерастворенных загрязнений и некоторых растворенных. Этот метод обеспечивает высокую эффективность очистки сточных вод от нерастворимых примесей и взвешенных веществ на 90-98%. Флотационные установки применяют для удаления из сточных вод масел, жиров, нефтепродуктов, смол, гидроокисей тяжелых металлов, полимеров и т.д. (Груздев 2008).

При очистке промышленных сточных вод извлекают преимущественно мелкие шламовые частицы. Для их флотации нужны очень мелкие воздушные пузырьки, размерами в несколько микрон, и высокая степень насыщения сточных вод такими пузырьками. Для получения таких пузырьков во флотоаппараты иногда добавляют реагенты - пенообразователи (сосновое масло и пр.).

Напорные флотационные установки осуществляют подачу сточных вод во флотационную камеру насосом, с помощью которого производят насыщение жидкости воздухом. Отстаивание с флотацией уменьшает количество взвешенных веществ с 8-162 до 7-100 мг/л, эффект очистки 70-99%, и нефтепродуктов с 20000 до 7-174 мг/л, эффект очистки 68-99% (Ушаков, Солодов, 2007).

На долю доменного, сталеплавильного и прокатного производств приходится и наибольшее расходы воды на 1т производимой ими продукции. Эти воды могут быть в виде свежей и чистой воды, условно-чистыми или загрязненными сточными водами (Рокотянская, 2011).

Наиболее рациональным в решении проблем охраны водоемов от загрязнений сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промпредприятий с использованием очистных сточных вод в системах технического и оборотного водоснабжения и забором свежей воды из водоисточников в основном для целей питьевого водоснабжения (Новиков, Новикова, 2010)

Существует три системы водоснабжения и водоотведения на металлургических предприятиях: последовательная (прямоточная), оборотная и замкнутая.

Прямоточная система подразумевает использование свежей воды в металлургическом цикле, ее очистку и сброс в водоем.

Оборотное водоснабжение и водоотведение - когда вся вода или ее часть все время находится в обороте.

Если оборотная система работает без какого-либо сброса оборотной воды в источник, то она является замкнутой. Вода из источника или другой системы поступает в нее лишь для восполнения потерь. Такие системы являются наиболее экологически чистыми. Это идеальный цикл, к которому нужно стремиться (Мазеин, 2009)

Огромные объемы потребления воды, дефицит источников водоснабжения и необходимость их охраны от загрязнения вынуждают предприятия максимально снижать сброс отработанных вод в источники и забор из них свежей воды, то есть максимально внедрять оборотные системы водоснабжения и максимально стремиться к достижению замкнутых циклов. Однако следует отметить, что создание оборотных и замкнутых систем требует дополнительных финансовых затрат, по сравнению с прямоточной системой.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объект исследования

Объектом исследования дипломного проекта послужили сточные воды ОАО «БМК». Структурно ОАО «БМК» состоит из четырех основных, связанных общей технологической цепочкой цехов: доменного, мартеновского, конвертерного и метизного. Имеются также цеха инфраструктуры и подразделения управления жизнедеятельностью предприятия. Однако в 2002 году домны и мартены Белорецкого металлургического комбината по экономическим соображениям были выведены из эксплуатации, основой производства комбината стало сталепроволочно-канатное производство. Ежегодно комбинатом добывается железной руды 200 тыс. т; выплавляется чугуна 200 тыс. т; стали (более 150 марок) 350 тыс. т; производится готового проката 560 тыс. т; изделий из металла 280 тыс. т, в том числе проволоки стальной 205 тыс. т; канатов стальных 580 тыс. т, металлокорда 3,2 тыс. т, лент и профилей стальных 11,3 тыс. т, проволоки из прецизионных сплавов 0,48 тыс. т.

Территория предприятия расположена в двух уровнях общей площадью 13,2 га. В том числе:

· площадь застройки - 50450 кв. м.

· площадь усовершенствованных покрытий - 13100кв. м.

· площадь зеленых насаждений - 1600 кв. м.

Нижняя часть, где расположено основное производство, имеет спокойный рельеф, асфальтное покрытие.

В соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01 «Санитарно-защитные зоны и санитарная квалификация предприятий. Сооружений и иных объектов» предприятие относится к 4 классу с размерами санитарно-защитной зоны 1000 м.

2.2 Методы исследования

2.2.1 Методы анализа воды

Материалом для исследований служили пробы сточных вод, сбрасываемых в систему канализации г.Белорецка очищенных сточных вод до и после сброса в р.Белая. Отбор проб проводили в соответствии с требованиями ГОСТ РФ 5.592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб».

Результаты анализа сравнивали с перечнем ПДК вредных веществ в водных объектах согласно СанПиН 2.1.5.980-00. «Гигиенические требования к охране поверхностных вод».

Для определения качества речной воды и степени очистки сточных вод путем определения контролируемых показателей были выбраны из числа органолептических - прозрачность, запах, цветность; из гидрохимических - взвешенные вещества, водородный показатель (рН), азот аммония, нитраты, нитриты, фосфаты, сульфаты, хлориды, биохимическое потребление кислорода (БПКполн), содержание растворенного кислорода, перманганатная окисляемость, тяжелые металлы.

Цветность определяли в пробе воды после ее центрифугирования фотометрически по 100-градусной хромово-кобальтовой шкале цветности и выражали в градусах цветности. Степень прозрачности определяли по высоте столба жидкости в см, через который отчетливо виден специальный шрифт.

Запах определяли качественно и описывали как фекальный, гнилостный, керосиновый, фенольный и т.д. Интенсивность запаха оценивали в баллах по 5-бальной шкале.

Содержание взвешенных веществ определяли гравиметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.110-97), который основан на выделении их из пробы фильтрованием воды через мембранный фильтр с диаметром пор 0, 45 мкм или бумажный фильтр «синяя лента» и взвешивании осадка на фильтре после высушивания его до постоянной массы.

Концентрацию водородных ионов (pH) устанавливали потенциометрическим методом с помощью pH-метра. Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и исследуемым раствором, с одной стороны, и внутренней поверхностью мембраны и стандартным раствором - с другой. Внутренний стандартный раствор стеклянного электрода имеет постоянную концентрацию ионов водорода, поэтому потенциал на внутренней поверхности мембраны не меняется. Измеряемая разность потенциалов определяется потенциалом, возникающим на границе внешней поверхности электрода и исследуемого раствора.

Концентрацию ионов аммония определяли методом фотометрии по реакции с реактивом Несслера (ПНД Ф 14.1.1- 95). Принцип метода основан на том, что аммоний с реактивом Несслера образует йодид меркураммония, который окрашивает раствор в желто-коричневый цвет. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию аммония в воде.

Массовую концентрацию нитрат-ионов определяли фотометрическим методом с салициловой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.4- 95). Фотометрический метод основан на взаимодействии нитрат-ионов с салициловой кислотой с образованием комплексного соединения желтого цвета.

Содержание нитритов определяли фотометрическим методом с реактивом Грисса (ПНД Ф 14.1:23-95). Определение основано на способности нитритов диазотировать сульфаниловую кислоту и на образовании красно-фиолетового красителя диазосоеденения с б-нафталамином. Интенсивность окраски пропорциональна концентрации нитритов. Протекание реакции в значительной степени зависит от pH-среды.

Измерение массовой концентрации сульфат-ионов проводили турбидиметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.159-2000). Метод измерения массовой концентрации сульфат-ионов основан на образовании стабилизированной суспензии сульфата бария в солянокислой среде с последующим измерением светорассеяния в направлении падающего луча ( в единицах оптической плотности).

Измерение содержания хлоридов проводили аргентометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.96-97). Титриметрический метод определения массовой концентрации хлоридов основан на образовании трудноратворимого осадка хлорида серебра при прибавлении раствора нитрата серебра к анализируемой воде. После полного осаждения хлоридов избыток ионов серебра реагирует с индикатором - хроматом калия - с образованием красновато - оранжевого осадка хромата серебра. Титрование проводят в нейтральной или слабощелочной среде (pH=7-10), поскольку в кислой среде не образуется хромат серебра, а в сильнощелочной возможно образование оксида серебра Ag2О.

Измерение массовой концентрации фосфат-ионов проводили фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.112-97). Метод определения основан на взаимодействий фосфат-ионов в кислой среде с молибдатом аммония и образованием фосфорно-молибденовой гетерополикислоты, которая восстанавливается аскорбиновой кислотой в присутствии сурьмяно-виннокислого калия до фосфорно-молибденового комплекса, окрашенного в голубой цвет.

Метод перманганатной окисляемости основан на окислении органических загрязнений (с помощью кислорода, который эквивалентен загрязнению) перманганатом калия в мягких условиях при кипячении, которое проводят только в очищенное воде.

Измерение массовой концентрации общего железа проводили фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.50 -96). Фотометрический метод определения массовой концентрации общего железа основан на образовании сульфосалициловой кистой и ее натриевой солью с солями железа окрашенных комплексных соединений, причем, в слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями железа (3+) (красное окрашивание), а в слабощелочной среде - солями железа (2+) и (3+) (желтое окрашивание).

Выполнение измерений биохимического потребления кислорода (ПНД Ф 14.1:2:3:4.123- 97) основано на способности микроорганизмов потреблять кислород при биохимическом окислении органических веществ и неорганических веществ в воде. Биохимическое потребление кислорода определяют количеством кислорода в мг/дмі, которое требуется для окисления находящихся в воде углеродосодержащих органических веществ в аэробных условиях в результате биохимических процессов.

Содержание растворенного кислорода устанавливали йодометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.101-97), в основе которого лежит реакция кислорода с гидроксидом марганца (II) в щелочной среде. Последний количественно связывает кислород, переходя при этом в соединения марганца (IV). При подкислении пробы в присутствии избытка иодида калия образуется йод, количество которого эквивалентно содержанию растворенного кислорода и определяется титрованием раствором тиосульфата натрия .

Концентрацию тяжелых металлов устанавливали методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Способ основан на полном разложении органических веществ путем сжигания пробы сырья или продукта в электропечи при контролируемом температурном режиме и атомизации распыленного раствора (ГОСТ 26929-94).

2.2.2 Методика оценки экологических аспектов

Использовались методические указания по идентификации и определению значительности экологических аспектов деятельности, разработанные в ООО "ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть". При выделении важнейших экологических аспектов предприятия каждый из идентифицированных экологических аспектов оценивается исходя из составляющих (критериев) масштабности, регулируемости, затратности и срочности.

Для оценки каждой из составляющих необходимо оценить показатели. Из списка приведённых значений показателей по каждой составляющей необходимо выбрать один из трёх предлагаемых вариантов, наиболее близко характеризующих оцениваемый аспект. Бальная оценка, соответствующая выбранному варианту, будет являться оценкой величины, определяющей значимость аспекта по данному показателю.

Полученные значения показателей суммируются для каждой составляющей, в результате чего определяется значимость аспекта по данному критерию его воздействия на ОС.

По результатам суммарного значения каждого критерия (составляющей) аспекту присваивается символ, определяющий степень воздействия аспекта на ОС: (М) - малое воздействие; (С) - среднее воздействие; (Б) - существенное воздействие.

Таким образом, у каждого аспекта может быть разный набор символов, определяющих его уровни воздействия на ОС.

Оценка интегральной (суммарной) приоритетности аспекта, характеризующегося разным набором символов, определяющих его уровни масштабности, регулируемости, затратности и степени срочности должна проводиться путем экспертного ранжирования.

При этом наиболее важными параметрами для сопоставления являются значения приоритетов по степени регулируемости (т.е. по степени соответствия природоохранным требованиям) аспекта и по степени затратности на снижение (ликвидацию) воздействия этого аспекта на ОС.

Выбор символа, характеризующего уровень интегрального воздействия на ОС должен осуществляться на основе практического опыта с привлечением квалифицированных специалистов (ГОСТ Р ИСО 14001-98).

2.2.3 Определение массы вредных (загрязняющих) веществ, сброшенных со сточными водами и поступивших иными способами в водные объекты

Масса сброшенного вредного (загрязняющего) вещества в составе сточных вод и (или) загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод, при наличии документов, на основании которых возникает право пользования водными объектами, и иных разрешительных документов, предусмотренных законодательством Российской Федерации, определяется по формуле N 1:

Mi = Q • (Сфi - Сдi) •T • 10-6 ,

где: Mi - масса сброшенного i-го вредного (загрязняющего) вещества, т;

i - загрязняющее вещество, по которому исчисляется размер вреда;

Q - расход сточных вод и (или) загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод, с превышением содержания i-го вредного (загрязняющего) вещества определяется по приборам учета, а при их отсутствии - расчетным путем в соответствии с документами, на основании которых возникает право пользования водными объектами, и иными способами и методами расчета объема сброса сточных вод и их характеристик, м3/час;

Сфi - средняя фактическая за период сброса концентрация i-го вредного (загрязняющего) вещества в сточных водах и (или) загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) водах, определяемая по результатам анализов аккредитованной лаборатории как средняя арифметическая из общего количества результатов анализов (не менее 3-х) за период времени T, мг/дм3;

Сдi - допустимая концентрация i-го вредного (загрязняющего) вещества в пределах норматива допустимого (предельно допустимого) сброса или лимита сброса при его наличии на период проведения мероприятий по снижению сбросов вредных (загрязняющих) веществ в водные объекты, мг/дм3;

T - продолжительность сброса сточных вод и загрязненных дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод с повышенным содержанием вредных (загрязняющих) веществ, определяемая с момента обнаружения сброса и до его прекращения, чаc. Примечание: для удобства вычислений брался год в сутках. 2012 год был високосным, так что кол-во суток равнялось 366.

10-6 - коэффициент перевода массы вредного (загрязняющего) вещества в т.

Исчисление размера вреда, причиненного водному объекту сбросом вредных (загрязняющих) веществ в составе сточных вод и (или) дренажных (в том числе шахтных, рудничных) вод, производится по формуле N 2:

n

У = Квг • Кв • Кин • SUMi=1 Hi • Mi • Киз

где: У - размер вреда, тыс. руб.;

Квг - коэффициент, учитывающий природно-климатические условия

Кв - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние водных объектов)

Кин - коэффициент индексации, учитывающий инфляционную составляющую экономического развития.

Hi - таксы для исчисления размера вреда от сброса i-го вредного (загрязняющего) вещества в водные объекты, тыс. руб./т;

Mi - масса сброшенного i-го вредного (загрязняющего) вещества, т;

Киз - коэффициент, учитывающий интенсивность негативного воздействия вредных (загрязняющих) веществ на водный объект.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Анализ качественного и количественного состава сточных вод, поступающих на очистку, и сбрасываемых в водоем

При оценке сточных вод, сбрасываемых в водоемы, большое внимание уделяется органолептическим и физико-химическим показателям.

Одним из таких показателей является прозрачность сточных вод, мерой которой служит высота столба воды, при которой сквозь нее можно читать шрифт определенного размера и типа. Сточные воды, поступающие на очистку должны иметь прозрачность не менее 10 см. Прозрачность сточной воды обусловлена наличием в ней нерастворенных и коллоидных примесей. Результаты органолептических исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Органолептические показатели сточных вод ОАО БМК за 2012 год

Из данных таблицы видно, что сточные воды, поступающие на очистку, имели прозрачность 2 - 7 см на протяжении всего периода исследований. Самыми прозрачными сточные воды были в весенний, наиболее мутными - в зимний период. Значение данного показателя во всех исследованных пробах не соответствовало требованиям СанПиН. По запаху не наблюдалось отклонений от нормативных требований. Весной и летом сточные воды имели цветность выше требуемой на 40 и 20 % соответственно.

Одним из значимых факторов, воздействующих на скорость изъятия загрязняющих веществ при механическом отстаивании, интенсивность обмена веществ у организмов активного ила, потребление растворенного кислорода, а, следовательно, на эффективность процесса биохимического окисления, является температура очищаемой сточной воды. Существенное воздействие температуры на процесс очистки наблюдается при отсутствии горячего водоснабжения. Оптимальные значения для удовлетворительного процесса биологической очистки находятся в диапазоне 16 - 23?С. От температуры сточной воды зависит эффект первичного отстаивания. С повышением температуры степень содержания взвешенных веществ увеличивается от 5 до 10%. Работа вторичных отстойников ухудшается зимой на 20 - 30% в связи с понижением температуры воды, поступающей на очистку (Кондратьева, 2007).

Таблица 2

Физико-химические показатели сточных вод ОАО БМК за 2012 год