Меню

Загрязняющие вещества при производстве цемента



Контроль выбросов при производстве цемента

Эффективность применяемых методов очистки выбросов проверяется по содержанию вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе.
В отношении контролируемых веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказывающем негативное влияние на окружающую среду, применяется термин «маркерные вещества». Под маркером понимается наиболее значимый представитель группы веществ, внутри которой наблюдается тесная корреляционная взаимосвязь. Особенностью маркерного вещества является то, что по его значению можно оценить значения всех веществ, входящих в группу [1, 2].
При осуществлении производственного экологического контроля выбросов проводится контроль маркерных загрязняющих веществ. При экологических и гигиенических оценках значение имеют маркеры качества окружающей среды и технологические маркеры.
В качестве маркеров веществ, возникающих при производстве цемента и наносящих вред окружающей среде и здоровью человека, в справочнике НДТ [3] используются следующие: пыль, оксиды азота (NOx), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), металлы и их соединения (см. таблицу).

Маркерные вещества, выделяемые в окружающую среду на цементных производствах

Пояснения Пыль Выбросы пыли возникают в процессе дробления,транспортировки, складирования сырьевых материалов, при помоле и обжиге сырьевой смеси, охлаждении и складировании портландцементного клинкера, при помоле, транспортировке и отгрузке цемента, при хранении и подготовке твёрдого топлива или топливных отходов. Химический состав пыли может изменяться в широких пределах. Для цементных заводов рассматривают выбросы пыли с содержанием SiO2 до 20 масс. % и с содержанием SiO2 от 20 до 70 масс. %. Важное значение имеют выбросы пыли с размером частиц менее 10 мкм (РМ 10) и тонкодисперсной пыли с размером частиц менее 2,5 мкм (РМ 2,5). Тонкодисперсная пыль очень медленно оседает. Нахождение в верхних слоях атмосферы тонкодисперсной пыли в большой концентрации снижает уровень инсоляции земной поверхности, что может привести к заметному понижению средней годовой температуры.
В пылевых выбросах цементных заводов после обеспыливания газов в современных рукавных и электрофильтрах количество частиц фракции РМ 10 может достигать 85-90%, а частиц РМ 2,5 — 50% от массы частиц, уносимых с безвозвратным пылеуносом Оксиды азота

Ключевые загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу при производстве цемента. Состоят из смеси монооксида азота NO (95%) и диоксида азота NO2 (5%).
NO — это бесцветный, без запаха, плохо растворимый в воде газ. При концентрации до 50 ppm он не проявляет токсических или раздражающих свойств. NO2 — это газ, который заметен даже при небольшой концентрации: он имеет коричневато-красноватый цвет и особый острый запах. NO, который присутствует в городском воздухе, может самопроизвольно переходить в NO2 при фотохимическом окислении с формированием смога

Диоксид серы SO2 — бесцветный газ с раздражающим запахом, токсичен. Выбросы диоксида серы (SO2) зависят прежде всего от концентрации летучих соединений серы в сырьевых материалах и топливе, а также от способа производства цемента и внутренней циркуляции летучих сернистых соединений в печи. Диоксид серы может выбрасываться в атмосферу в виде SO2, а также в виде различных сернистых соединений с пылью или клинкером. Оксид углерода Оксид углерода (CO) — бесцветный ядовитый газ без запаха. В дымовых газах клинкерообжигательных печей может появиться двумя путями. Первый путь связан с неполным сгоранием технологического топлива при недостаточном количестве кислорода в воздухе или недостаточном количестве воздуха, подаваемого во вращающуюся печь или в декарбонизатор вращающейся печи. Второй путь связан с присутствием различных органических соединений, содержащих углерод, в сырьевых материалах. В газовой среде, содержащей до 3 об.% кислорода, 80-95% органического углерода окисляются до CO2, а 5-20% образуют CO.

Металлы и их соединения

Тугоплавкие нелетучие вещества Ва, Ве, Cr, As, Ni, Al, Ca, Fe, Mn, Cu и Ag. В процессе обжига эти металлы полностью адсорбируются клинкером и выводятся из печи вместе с ним. В отходящих газах они могут присутствовать только в виде пыли, а уровень их эмиссии в атмосферу зависит только от эффективности работы пылеулавливающего оборудования Частично летучие металлы Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K и Na. В виде сульфатов или хлоридов эти металлы способны возгоняться в интервале температур 1000-1300°C и конденсироваться при 700-900°C, что приводит к явлению внутренней рециркуляции и их накоплению в нижних ступенях циклонного теплообменника и в зоне твердофазовых реакций. Они также практически полностью выводятся из печи с клинкером, а уровень их эмиссии в атмосферу зависит от эффективности работы пылеулавливающего оборудования Высоко летучие соединения Таллий (Tl). Конденсация TlCl происходит в температурном интервале 450-550°C, т.е. в верхних ступенях циклонного теплообменника, что приводит к накоплению и постепенному росту его концентрации в составе пыли Крайне летучие соединения Ртуть (Hg) почти полностью удаляется из печи с отходящими газами и лишь незначительная её часть адсорбируется пылью с последующим осаждением в пылеулавливающих установках

Читайте также:  Цемент панавия для стоматологии

Металлы и их соединения поступают в печь для обжига клинкера с сырьевыми материалами и с технологическим топливом. Их концентрация может изменяться в широких пределах. Уровень эмиссии металлов в атмосферу определяется сложными механизмами. В соответствии с гигиеническими нормативами металлами или их соединениями, относящимися к I классу опасности, являются Ba, Be, V, Hg, Cd, Ni, Pb, Tl, Te и Se. Среди этих металлов частичной и высокой летучестью обладают Hg, Cd, Tl и Pb.
Поведение и уровень эмиссии отдельных металлов зависит от их летучести, способа ввода в печь, концентрации металла в сырьевых материалах и топливе или топливосодержащих отходах, от возникновения явления рециркуляции и аккумулирования металлов и от эффективности осаждения пыли в пылеосадительной системе.
Нелетучие металлы почти полностью выходят из печи с портландцементным клинкером. Концентрация этих металлов в пыли, выбрасываемой в атмосферу после очистки газов в пылеосадительных установках, незначительна. Многолетними исследованиями установлено, что с портландцементным клинкером выносятся следующие тяжёлые элементы: As (≈92%), Ni (≈97%), Zn (≈88%), Be (≈96%).
Частично летучие и высоколетучие металлы и их соединения имеют тенденцию к организации кругооборота (рецикла) внутри печной системы и циклонного теплообмен-ника. В процессе кругооборота их концентрация в определённых зонах печи и теплообменника постепенно увеличивается, что приводит к некоторому повышению эмиссии данных металлов и их соединений в атмосферу вместе с пылью. Большая часть Cd (≈88%) и Pb (≈77%) удаляется вместе с безвозвратным пылеуносом. Одновременно увеличивается их вынос из печи вместе с портландцементным клинкером.
Особое положение среди металлов благодаря своей высокой летучести занимает ртуть. В интервале температур, соответствующих температуре отходящих из печи газов, почти вся ртуть находится в газообразном состоянии и полностью выносится из печи в атмосферу. Лишь незначительная часть ртути при резком снижении температуры отходящих газов может конденсироваться на частицах пыли и за счёт этого улавливаться в системе пылеосаждения. Высоколетучие Hg (≈98%) и Tl (≈42%) удаляются из вращающейся печи с отходящими газами. Токсичные свойства тяжёлых металлов проявляются при вдыхании их паров или при контакте с кожей человека.
В странах Европы допустимые выбросы тяжёлых металлов регламентируются Шведским (LRV) и Германским (TA-Luft) международными соглашениями о чистоте воздуха. В соответствии с этими соглашениями тяжёлые металлы разделены на классы по токсичности.
Наибольшую опасность представляют Cd, Hg, Tl, которые отнесены к I классу по токсичности. Максимальная допустимая концентрация этих металлов в газовых выбросах в сумме не должна превышать 0,20 мг/нм 3 .
II класс — это As, Co, Ni, Se, Те с максимальной допустимой концентрацией 1,00 мг/нм 3 , III класс — Cr, Cu, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, V с максимально допустимой концентрацией в газовых выбросах 5,00 мг/нм 3 .

Контроль за выбросами вредных (загрязняющих) веществ в окружающую среду в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения осуществляется как в период проведения натурных исследований для подтверждения расчётных границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ), так и в последующий период.
Для проведения оценки риска здоровью населения, возникающего в результате выброса, используется понятие «приоритетные вещества».

Выбор приоритетных веществ осуществляется с учётом следующих критериев:
• превышение средней концентрации вредного вещества, соответствующей ПДК в атмосферном воздухе;
• содержание вещества на уровне соответствующей ПДК более чем в одном компоненте окружающей среды;
• высокий ранг приоритетности соотношения выброс/ПДК;
• высокий индекс опасности неканцерогеных эффектов при предварительном расчёте риска;
• высокий ранг канцерогенного риска при предварительном расчёте;
• вещество входит в список приоритетных веществ Комиссии ЕС;
• вещество принадлежит к короткому списку основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе Российской Федерации;
• вещество принадлежит к короткому списку основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по классификации Агентства по охране окружающей среды США (U.S. EPA);
• особо неблагоприятный характер предполагаемого эффекта (канцерогенность, влияние на потомство, влияние на нервную систему и пр.).

В целях выявления химических соединений, представляющих повышенную опасность для населения при хроническом ингаляционном воздействии, проводится ранжирование выбросов предприятий по влиянию на здоровье населения [4].
На этапе предварительного ранжирования потенциальных канцерогенов учитывается величина суммарной годовой эмиссии загрязняющего вещества и весовой коэффициент канцерогенного эффекта, устанавливаемого в зависимости от значений фактора канцерогенного потенциала и группы канцерогенности по классификации МАИР или соответствующие им группы по классификации U.S. EPA. Для предварительного ранжирования веществ, не обладающих канцерогенным риском (системные токсиканты), используется метод, аналогичный указанному. При этом применяются весовые коэффициенты, основанные на безопасных дозах или концентрациях.
При выполнении программы натурных исследований и проведении санитарно-гигиенических оценок в период после установления СЗЗ в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [5] выявляется отсутствие требований, касающихся выбора загрязняющих веществ, подлежащих контролю, для подтверждения расчётного размера СЗЗ.
На территории некоторых субъектов Российской Федерации в качестве данного критерия используется величина 0,1 ПДК, фигурирующая в санитарных правилах и нормах как критерий для определения источника воздействия на среду обитания и здоровье человека. При таком подходе предлагается контролировать все вещества, которые рассматриваются при определении расчётной СЗЗ (если все вещества на границе территории предприятия менее 0,1 ПДК, то СЗЗ не требуется).
С точки зрения устранения избыточных требований при установлении размеров СЗЗ представляется целесообразным контролировать только основные загрязняющие вещества. В письме Роспотребнадзора [6] предлагается критерий выбора приоритетных веществ, расчётная концентрация которых составляет 0,7 ПДК и более. Такой подход представляется логичным, хотя в настоящее время данные рекомендации не отражены в методических или нормативных документах. Кроме того, анализ целесообразности включения загрязняющих веществ в программу контроля осуществляется в том числе с учётом результатов оценки рисков для здоровья населения. Очень часто с этой точки зрения приоритетными оказываются далеко не те вещества, которые формируют максимальные концентрации при расчётах рассеивания. Важным является тот факт, что в справочнике НДТ [3] проименованы маркерные вещества, в том числе подлежащие производственному контролю в рамках обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, что позволит на практике обеспечить эффективность лабораторного контроля за выбросами вредных загрязняющих веществ и оценку их влияния на окружающую среду и здоровье населения.

Читайте также:  Тех характеристика цемента м500

Литература
1. Сивков С.П., Потапова Е.Н. Критерии выбора маркеров в справочном документе по НДТ при производстве цемента // Наилучшие доступные технологии. Определение маркерных веществ в различных отраслях промышленности. Сб. статей 3. М.: Издательство «Перо», 2015.
2. Скобелев Д.О., Гревцов О.В., Збитнева Е.В. Модель государственного регулирования обращения химических веществ и продукции и внедрение НДТ в Российской Федерации // Наилучшие доступные технологии. Применение в различных отраслях промышленности. Сб. статей 2. М.: Издательство «Перо», 2015.
3. ИТС 6-2015. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Москва. Бюро НДТ. 2015 г. С.
4. P 2.1.10.1920-04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду.
5. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов».
6. Письмо Роспотребнадзора от 22.11.2010 № 01/16400-0-32 «О разъяснении изменений № 3 в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03».

Источник

ВЛИЯНИЕ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Известно, что основными источниками загрязнения окружающей среды являются нефтеперерабатывающие комплексы, металлургическое, металлообрабатывающее, коксохимическое производства, электростанции, предприятия промышленного и бытового комплекса, такие как автотранспорт, железнодорожный транспорт, сельское хозяйство, пищевая промышленность и другие источники опасных веществ.

Основные направления антропогенной трансформации почв промышленных зон обусловлены двумя процессами [9]:

1) механическая трансформация почвенного профиля, определяющая морфологию почв, основной особенностью которой является отсутствие генетических закономерностей его сложения, следствием чего становятся изменения воздушного, водного, теплового и других режимов;

2) за счет привноса чужеродного материала изменяются физико-химические и химические свойства почв, причем в данном случае наиболее актуально рассмотрение экотоксикологических аспектов данного процесса.

Исходя из агрегатного состояния (газообразного, жидкого, твердого) и способа действия загрязнителей, упрощенно их можно подразделить на следующие группы. Газы (особенно серосодержащие промышленные выбросы, галогениды и окислы азота). Загрязнение почвы сернистым газом (или соответствующими продуктами его окисления SO3, SO4) в полевых условиях, как правило, происходит вместе с загрязнением другими газами или пылью (зола, известковая пыль, частицы, содержащие тяжелые металлы, особенно промышленные выбросы). Большое значение имеют пылевые известковые выбросы, приводящие к изменению рН до нейтральных и основных значений. Высокий уровень техногенной нагрузки на почву является характерным для промышленной территории [1, 4].

Читайте также:  Чем отмыть линолеум от цемента

В зависимости от технологии производства, все промышленные предприятия выбрасывают в воздух и сбрасывают в виде сточных вод и твердых отходов различные химические вещества, которые присутствуют в воздухе в аэрозольной форме и оседают на поверхности почвы и надземных органах растений. С воздушными потоками, грунтовыми и поверхностными водами токсичные выбросы перемещаются на значительные расстояния от источника загрязнения, что существенно затрудняет анализ истинного уровня загрязнения окружающей среды конкретным предприятием [10].

В зависимости от источника образования, промышленные отходы подразделяются на следующие группы: отходы металлургической промышленности, энергетики и машиностроения; горной, горно-химической промышленности; нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности [6]. Так, в качестве отходов производства в воздух выделяются газы и их смеси.

Наибольшими источниками атмосферного загрязнения, связанного с антропогенной деятельностью, являются электростанции, на долю которых приходится до 27% загрязнений, предприятия черной металлургии – 24,3%, предприятия по добыче и переработке нефти – 15,5%, транспорт – 13,1%, а также предприятия по добыче и изготовлению стройматериалов, производству цемента – до 8,1% [8]. Глобальная роль цементной промышленности обусловлена портландцементом, который в обозримом будущем останется основным строительным материалом для планет земного типа, так как содержит главные элементы литосферы Земли — O, Si, Al, Fe, Ca, составляющие 92,6% её массы [8, 10]. Объемы поллютантов, содержащих тяжелые металлы, ежегодно возрастают и наносят ущерб природной среде, подрывают существующее экологическое равновесие [7, 5].

При сжигании топлива вместе с дымом в атмосферу поступают содержащиеся в нем элементы. Часть взвешенных и испарившихся металлов выносится горячим воздухом через дымовые трубы в атмосферу и оседает на поверхности почвы на разном расстоянии от источника (в зависимости от величины частиц). А под влиянием цементной пыли в зоне выброса цементного завода формируется поверхностный техногенный горизонт, загрязненный тяжелыми металлами. В виде техногенной пыли в почву поступает основное количество тяжёлых металлов (>95%) [10]. Среди множества загрязняющих веществ, поступающих с выбросами в атмосферу от промышленных предприятий, наибольшую опасность для живых организмов представляют тяжёлые металлы, в силу высокой токсичности, подвижности и биоаккумулятивности. Так, металлы в количестве от 10 до 30% от общего выброса в атмосферу распространяются на расстояние 10 км и более от промышленного предприятия [2,3].

Роль промышленного производства в загрязнении окружающей среды велика. При этом огромными выбросами как твердых, так и газообразных загрязняющих веществ отличаются предприятия по производству цемента. Предприятиями цементной промышленности в окружающую среду выделяется ежегодно более 27 млн. т пыли [3]. На их долю приходится 2/3 промышленных выбросов твердых веществ и 44% газообразных [2]. Цементная пыль воздействует на все компоненты природной среды. При этом наблюдается комбинированное загрязнение растений, слагающееся из непосредственного оседания аэрозолей и пыли на поверхность листьев и корневого усвоения твердых металлов, накопившихся в почве в течение продолжительного времени поступления загрязнений из атмосферы.

Представляющими серьезную опасность для состояния почвенно-растительного покрова, являются физико-химические нарушения, связанные с загрязнением почв соединениями тяжелых металлов, нефтепродуктами, радионуклидами. Эти вещества, накапливаясь, способны существенно изменять свойства почв: снижать численность микроорганизмов, интенсивность микробиологических процессов, активность почвенных ферментов, кислотность среды, что приводит к снижению биохимической активности почвенных ферментов, замедляет процессы их самоочищения, и заканчивается частичной или полной утратой биопродуктивности [5]. Одним из таких негативных преобразований в экосистеме является загрязнение почвенного покрова отходами цементного производства. Способность многих поллютантов аккумулироваться приводит к появлению зон стабильного загрязнения.

Исследования пыли цементных заводов показали высокое содержание в них свинца – 1800 мг/кг, цинка – 410 мг/кг, кадмия – 93 мг/кг и меди – 62 мг/кг [1, 2, 5]. Они сохраняются долгое время даже после завершения работы предприятий, являющихся источником загрязнения. Результаты исследования дисперсного состава пыли, образующейся при производстве портландцементного клинкера, говорят о том, что выделяемые из источников загрязнения пыли – полидисперсные. Пыль, выбрасываемая в атмосферу после очистки, содержит более высокие концентрации Cd, Рb и Zn по сравнению с пылью в газовом потоке до очистки. Высокая концентрация пыли в выбросах наносит огромный вред природной среде.

В настоящее время контроль за состоянием земель в зонах техногенного воздействия предприятий практически не ведется, ПДК для многих поллютантов в почвах не определены. Все это затрудняет определение уровня загрязнения почв, а также нормирование выбросов, приводящих к их загрязнению.

Источник