Головні типи промислових виробництв, їхня характеристика

10.1.1. Теплові (ТЕС) та атомні (АЕС) електростанції

Об’єктами електроенергетики є всі типи електростанцій: теплові, атомні, сонячні, гідравлічні і вітрові, а також теп­лоелектроцентралі та господарство електромереж.

Провідне місце в електроенергетиці України належить атомним (АЕС) і тепловим (ТЕС) електростанціям — разом вони дають більше 90 % всієї виробленої електроенергії.

Рис. 10.1. Географія розташування електростанцій України

Принцип роботи ТЕС — одержання тепла у процесі зго­рання органічного палива та перетворення його на елек­тричну енергію. Найчастіше використовують такі види природного палива, як вугілля кам’яне та вугілля буре. До основних взаємодій із навколишнім середовищем від­носяться витрата палива, води, кисню, зміна ландшафту, а також надходження різноманітних відходів у навколишнє середовище.

У процесі горіння органічних речовин можливе утворен­ня канцерогенних речовин шляхом рекомбінації радикалів, найнебезпечніша із яких бенз(а)пірен — поліциклічний аро­матичний вуглеводень (C₂₀H₁₂). За умови вмісту у паливі сульфуру та його сполук у процесі горіння утворюється один з найбільш токсичних газоподібних викидів — SO₂, який складає 98—99 % від викиду сірчистих сполук. Ще однією шкідливою речовиною, яка потрапляє в атмосферу в про­цесі горіння палива, є оксиди Нітрогену, які утворюються за трьома механізмами:

• паливним, що залежить від вмісту Нітрогену у паливі та від надлишку повітря;

• швидким, що діє на початку зони горіння, у результаті взаємодії радикалів палива з азотом повітря (вихід NO не­значно залежить від температури, але сильно — від структури молекул палива);

• термічним, у результаті термічної дисоціації молекул кисню й азоту повітря та наступного окиснювання Нітрогену Киснем.

Для спорудження великої ТЕС необхідна площа 2—3 км². З урахуванням золо- та шлаковідвалів і водойм-охолоджу- вачів ця величина зростає до 3—4 км². Уся ця територія за­знає значних впливів від діяльності людини. Великі градир­ні у системі охолодження істотно зволожують мікроклімат у районі станції, сприяють утворенню низької хмарності, туманів, дощів, що мрячать, у зимовий час — інею та оже­леді, поширюються бактерії (легіонела).

Експлуатація сучасних ТЕС пов’язана з утворенням вели­кої кількості рідких відходів. Порушення природної рівноваги екосистем водойм і водотоків при скиданні в них нагрітої води пов’язують як із самим фактом підвищення температури води, так і з можливим зменшенням через це концентрації розчиненого кисню. Для деяких промислових риб гранична (летальна) температура +37 °С, а для більшості водяних ор­ганізмів — +25...+35 °С. Загальне використання води ТЕС, що працює на органічному паливі, на 1 ГВт при мінімальній різниці температур на вході та виході з конденсатора в 8 °С, складає 32—43 м³/с.

Одним із факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування, транспортування, пилопідготування та золовидалення.

Для визначення сумарного впливу станції на навколишнє середовище необхідно враховувати нерівномірність енерго­споживання, пускові та перемінні режими роботи, за яких вплив ТЕС на навколишнє середовище значно зростає.

Ядерна енергетика використовує енергію, що виділяється в результаті перетворення атомних ядер. До важких ядер, що діляться, відносяться природні ізотопи ²³⁵ U, ²³²Th і штучні ²³³ U, ²³⁹Pu і ²⁴¹Pu. Поділ ядер урану супроводжується виділенням близько 200 МВв у результаті однієї реакції, або 20 МВт/г пального. Через нижчий ККД циклів АЕС порівняно з ТЕС (на 25—30 %) теплові скиди на них у системі охолодження вищі, ніж на ТЕС. Наприклад, для охолодження ТЕС по­трібно 70—90 м³/с, а для АЕС — 180 м³/с води.

Основне тепловиділення АЕС у навколишнє середовище відбувається в конденсаторах турбін. Однак питоме тепло­виділення в охолоджувальну воду в АЕС більше, ніж у ТЕС, через більшу витрату пари, що визначає великі питомі ви­трати охолоджувальної води. Тому на більшості нових АЕС передбачається будівництво градирень, у яких теплота виді­ляється безпосередньо в атмосферу.

Для захисту від прямого виходу радіоактивних відходів ядерних реакцій у навколишнє середовище передбачена ба­гатоступенева система радіаційного захисту. При нормальній експлуатації АЕС радіоактивність контура ядерного реакто­ра обумовлена активацією продуктів корозії, проникненням продуктів ділення у теплоносій. Наведеній радіації піддають­ся практично всі речовини, які взаємодіють із радіоактивним випромінюванням.

У процесі експлуатації АЕС утворюються газоподібні, рід­кі та тверді відходи. Газоподібні викиди через вентиляційну трубу достатньо малі (не перевищують декількох відсотків від гранично допустимого рівня, оскільки на АЕС викорис­товуються високоефективні технології очищення газів). Рід­кі відходи — вода, забруднена низькоактивними речовина­ми, — очищаються й використовуються вдруге. Невеликі її кількості зливаються у побутову каналізацію. За рік роботи утворюється 0,5—1,5 м³ середньоактивних рідких відходів на 1 МВт електричної потужності. Тверді високоактивні від­ходи — елементи устаткування, інструменти, відпрацьовані фільтри очищення повітря, спецодяг, сміття. Ці відходи не можуть бути штучно дезактивовані. Єдиний спосіб — при­родний розпад. Рідкі високоактивні відходи піддають кон­центруванню шляхом нагрівання та випарювання і захоро- няють у спеціальних контейнерах. Тверді — спресовують і за- хороняють у металевих контейнерах.

У процесі роботи реактора концентрація ядер, що поді­ляються, у ТВЕЛах поступово зменшується: ТВЕЛи вигора­ють. Близько 1/3 ТВЕЛів вимагає щорічної заміни.

АЕС — складова ядерного паливного циклу (ЯПЦ), або повного ядерного циклу. Цей цикл складається з:

• видобування та переробки уранової руди з одержан­ням хімічних концентратів урану. На цьому етапі з надр іде виділення радіоактивного радону. Збагачення руди йде від приблизно 0,7 до 3,0 %. Для забезпечення паливом блока АЕС потужністю 1000 МВт потрібно 50—80 тис. т руди на рік. У відвалах залишається приблизно 70 % природних радіоак­тивних речовин;

• одержання чистих сполук U з концентратів. При одер­жанні 2 кг U₃O₈ утвориться 3—3,5 м³ рідких токсичних і ра­діоактивних відходів;

• виробництва UF_e і поділу його ізотопів. На цій стадії в атмосферу виділяються F₂, HF і низькоконцентровані ра­діоактивні відходи;

• виготовлення ядерного палива та ТВЕЛів (тепловиділь­них елементів);

• використання палива для одержання енергії на АЕС;

• переробки відпрацьованого на АЕС ядерного палива. Заводи із переробки ТВЕЛів — серйозне джерело забруд­нення навколишнього середовища. Велика частина радіо­активних елементів міститься у стічних водах. Їх збирають і зберігають у герметичних ємностях, але частина СВ ски­дається (один завод за рік скидає 500—1500 м³ СВ). ⁸⁵Kr, ¹³³Xe, частина ¹³¹I потрапляє в атмосферу з випарників, які використовуються для концентрування рідких стоків. Пе­ріод напіврозпаду ²³⁹Fu — 24 500 років, його треба зберігати 490 000 років.

Після 30 років постійного опромінення АЕС повинна бути закрита.

Ряд великих аварій на АЕС (Чорнобиль, 1986 р.; Фу­кусима, 2011 р.) похитнули віру людства у перспективність розвитку атомної енергетики і спонукали активний пошук у застосуванні альтернативних джерел енергії.

10.1.2. Гірничодобувна промисловість

Гірничодобувна промисловість — комплекс галузей із видобування та первинної переробки корисних копалин.

Геологорозвідувальні роботи — комплекс різних спеціаль­них геологічних та інших робіт, які виконуються з метою ви­явлення та підготовки для промислового освоєння родовищ корисних копалин і дослідження будови надр Землі.

Свердловинна геотехнологія — охоплює систему техно­логій із видобування газоподібних, рідких (газ, нафта, вода тощо) і твердих корисних копалин.

Відкриті гірничі роботи — сукупність робіт, які проводять­ся із земної поверхні з метою видобування гірських порід і створення різних виїмок і котлованів. Усі основні процеси з вилучення корисної копалини здійснюються у відкритих гірничих виробках.

Підземна розробка корисних копалин. Видобування ко­рисних копалин підземним способом ведуть гірничі підпри­ємства на відведених для них родовищах або ділянках.

Переробка та збагачення корисних копалин. Збагачення корисних копалин — важлива проміжна ланка між їх видобу­ванням і використанням — це сукупність процесів і методів для збільшення концентрації мінералів при первинній пере­робці твердих корисних копалин. При збагаченні корисних копалин отримують товарні продукти (вапняк, азбест, гра­фіт тощо) і концентрати, придатні для подальшої технічно можливої та економічно доцільної хімічної або металургійної переробки.

Наведені технології видобування корисних копалин зу­мовлюють такі види порушень навколишнього середовища:

• геомеханічні — розтріскування порід унаслідок прове­дення вибухів, зміна рельєфу місцевості, вирубування лісів, деформація земної поверхні;

• гідрологічні — зміна запасів, режиму руху, якості та рівня ґрунтових вод, винесення у водойми шкідливих речовин із поверхні та надр Землі;

• хімічні — зміна складу та властивостей атмосфери і гідросфери (підкислення, засолення, забруднення води та повітря);

• фізико-механічні — забруднення довкілля пилом, зміна властивостей ґрунтового покриву тощо;

• шумове забруднення та вібрація ґрунту.

У місцях відкритих розробок відбувається вирубування лісів і порушення рослинності внаслідок проведення роз­кривних робіт, складування порід на поверхні ґрунту. У ве­ликих обсягах витрачаються земельні ресурси, придатні для сільськогосподарського виробництва. Кар’єри часто дося­гають глибини 400—600 м, і, відповідно, велика кількість гірських порід вивозиться на поверхню. Площі, зайняті відва­лами, в декілька разів перевищують площу кар’єру. В Україні найбільші порушення природного середовища сталися на Криворіжжі: тут занапащено понад 18 тис. га землі.

Гірничі розробки призводять до збільшення стоку рудни­кових і шахтних вод, які несуть значну кількість забруднень: хлористі сполуки, сірчану кислоту, розчинні солі заліза, мар­ганцю, міді тощо.

Видобуток мінеральної сировини призводить до зміни ландшафту за рахунок нагромадження гірничих мас (відвали, терикони). Шахтні породи в териконах схильні до самоза- горяння, що призводить до теплового забруднення повітря, його хімічного забруднення продуктами горіння.

У процесі підземного видобування корисних копалин відбувається осідання земної поверхні. Западини, що утво­рюються, заповнюються водою. Інтенсивні підземні гірничі роботи призводять до деформації верхніх товщ порід та зсувів земної поверхні. У середньому загальна величина осідання складає 25 % і більше від потужності покладів, які вийма­ються.

Провали над відпрацьованими вугільними або рудними пластами сягають 40—60 м, довжина їх досягає декількох со-

Рис. 10.2. Розкривні роботи на кар'єрі (Богдар, 2011)

тень метрів, а ширина — 20—40 м. Специфічними на вугіль­них родовищах є провали, пов'язані з підземними пожежами та вигорянням вугілля. У цих випадках можливе просочу­вання газів у житлові та інші приміщення. Якщо зона зсуву збігається з гірськими схилами, на них утворюються тріщи­ни та осідає поверхня. Подібні зсуви об'ємом до декількох мільйонів кубічних метрів виникають на схилах і в процесі зсування товщ порід над вугільними пластами, що вигоріли.

Глибинні, здебільшого токсичні, шари породи опиня­ються на поверхні відвалів. Це перешкоджає їх заростанню, а після дощів води, які стікають із відвалів, отруюють річки та ґрунти. Орієнтовно можна вважати, що для відкритого видобування 1 млн т/рік корисних копалин потрібно близько 100 га земельних угідь.

Зміни, зумовлені порушенням поверхні, негативно позна­чаються на її біологічних, ерозійних та естетичних характе­ристиках. Саме відкриті розробки покладів здійснюють най­більший геотоксикологічний вплив гірничого виробництва на людину.

Підприємства нафтодобувної галузі здійснюють вплив на навколишнє середовище у таких проявах:

• вилучення земельних ресурсів для будівництва об'єктів нафтодобування;

• порушення та забруднення земель;

• викиди забруднюючих речовин в атмосферу, скидання у поверхневі та підземні води, а також на підстилаючу по­верхню;

• вилучення з нафтою високомінералізованих супутніх вод;

• поховання відходів буріння;

• аварійні розливи нафти (з наступним випаровуванням). Основний негативний вплив підприємства нафтодобувної

галузі здійснюють на атмосферне повітря. Щорічно галуззю викидається в атмосферу шкідливих викидів до 1650 тис. т. Підприємства нафтопереробної промисловості забруднюють атмосферне повітря викидами вуглеводнів (73 % сумарного викиду), діоксиду Сульфуру (18 %), оксидів Карбону (7 %), оксидів Нітрогену (2 %). Додаткового збитку навколишньому середовищу завдають аварії на бурових установках і платфор­мах, а також на магістральних газо- та нафтопроводах — це найтиповіші причини забруднення поверхневих вод.

Найбільші екологічні проблеми виникають на стадії ви­користання нафти або газу в промисловості. Найчастіше за­бруднення здійснюється в результаті переробки нафти. Це первинні забруднення, які під дією водяної пари, кисню, світла та інших чинників утворюють вторинні забруднювачі, такі як сульфати, озон, нітрати та органічні сполуки.

Потреба у великій кількості води зумовлює необхідність розташування підприємств поблизу водойм, що у свою чергу вимагає заходів із захисту водних об’єктів від забруднення. Зі стічними водами у водойми потрапляють значні кількості нафтопродуктів, фенолів, сульфатів, хлоридів, сполук Нітро­гену, солей важких металів.

Нафтопереробні заводи — джерела забруднення ґрун­тів нафтопродуктами. Крім того, необхідно утилізувати такі відходи нафтопереробки, як нафтові шлаки, кислі гудрони, відпрацьовані відбілюючі глини, надлишковий активний мул, попіл.

У процесі видобування, переробки, зберігання та транс­портування газу найбільшої шкоди навколишньому середо­вищу завдають викиди шкідливих речовин в атмосферне повітря. Від загальної кількості відхідних речовин у процесі видобування газу вловлюється та знезаражується тільки 20 % шкідливих речовин. Цей показник — один із найнижчих се­ред усіх галузей промисловості. Але з екологічного погляду використання газу замість інших видів палива лише покра­щує екологічну ситуацію, оскільки спалювання газу в де­сятки разів зменшує забруднення повітря сажею, сполуками Сульфуру та Нітрогену порівняно з іншими видами палива.

10.1.3. Хімічна промисловість

До складу хімічного комплексу входять дві галузі:

• виробництво неорганічних продуктів: аміак, шини, кис­лоти, сода, сажа, мінеральні добрива — становить близько 55 % загального обсягу хімічного комплексу;

• виробництво органічних продуктів: пластмаси та синте­тичні смоли, синтетичний каучук, хімічні волокна, фотоплів­ка тощо — близько 10 %.

Хімічні виробництва споживають із навколишнього се­редовища повітря та воду, а викидають різноманітні тверді, рідкі та газоподібні відходи виробництв.

Разом зі стічними водами підприємств хімічної про­мисловості до навколишнього середовища потрапляють нафтопродукти, завислі сульфати, загальний Фосфор, ціані­ди, тіоціанати, сполуки Кадмію, Кобальту, Мангану, Міді, Нікелю, Гідраргуму, Плюмбуму, Хрому, Цинку, сірководень, сірковуглець, спирти, бензол, формальдегід, фурфурол, фе­нол, поверхнево-активні речовини, пестициди.

У хімічній і нафтохімічній промисловості щорічно утво­рюється значна кількість твердих відходів, які потребують утилізації. Тільки до 30 % із них використовуються як вто­ринні ресурси. До 40 % невикористаних твердих відходів знищують (спалюють або вивозять на звалища), а решту складають у спеціально відведених місцях. Основні тверді відходи галузі — фосфогіпс, кубові залишки, вапнякові та гіпсові відходи, шлам дистильованої суспензії, галітові за­лишки флотаційного збагачення хлориду кальцію тощо.

Нижче наведено оцінку впливу на навколишнє середови­ще наймасовіших і найнебезпечніших хімічних виробництв.

Вплив на довкілля виробництва сульфатної (сірчаної) кислоти. Відходи виробництва H₂SO₄ із сірки та сульфурвмісних газів — кислі слабкоконцентровані стоки. Гази після очищення можуть містити до 0,02—0,03 % SO₃, а також туман сірчаної кислоти.

Вплив на довкілля виробництва фосфатної (фосфорної) кис­лоти. Для одержання 1 т P₂O₅ у вигляді 54 % розчину екс­тракційної фосфорної кислоти витрачається до 220 м³ води. Близько 95 % цієї кількості йде на охолодження, утворюється також значна кількість забруднених стічних вод. Утворюється багатотоннажний твердий відхід — фосфогіпс. На 1 т P₂O₅ (у фосфорній кислоті) одержують до 8,5 т фосфогіпсу, який містить до 94 % CaSO₄. Основні домішки: фосфати, що не прореагували, сполуки F, Sr, не відмита H₃PO₄; крім цьо­го — сполуки Mn, Mo, Со, Zn, Cu, рідкоземельні та інші еле­менти. Основну масу утвореного фосфогіпсу тепер скидають у відвали, в яких накопичено понад 150 млн т фосфогіпсу. Пилування відвалів поширюється в радіусі 10 км. У процесі гідратації утворюється туман H₃PO₄.

Вплив на довкілля виробництва нітрогенових і фосфорних добрив. Виробництво добрив (які можуть бути простими й складними, тобто містити один або декілька компонентів) для сільського господарства має велике господарське значен­ня і безперервно збільшується. Найбільш поширені нітроге­нові та фосфорні добрива: нітрогенові — у вигляді аміачних (аміачна вода, сульфат амонію та інші), нітратів (кальцієва, натрієва селітра), амідних сполук (наприклад, сечовина); фосфорні — у формі суперфосфату.

У виробництві селітри можливе забруднення повітря ок­сидами нітрогену, пилом селітри; крім того, існують джерела тепло- та вологовиділення, небезпека хімічних і термічних опіків людей. Відомо також, що селітра, особливо калійна, — вибухо- та пожежонебезпечна. Атмосфера забруднюється частками NH₄NO₃, NH₃, HNO₃.

Важливим шкідливим фактором у виробництві суперфос­фатних добрив є пиловиділення. Концентрація пилу в повітрі поблизу дробарок, сит, транспортерів може досягати десятків і сотень міліграмів на 1 м³. На інших етапах технологічного процесу повітря буває забруднене сполуками Флуору, які є побічними продуктами та утворюються внаслідок присут­ності у рудах Флуору в значних кількостях (до 3,8 %). Виді­ляються ці сполуки, як газ і пил. Стічні води у виробництві суперфосфатів містять сполуки Флуору, фосфати, сульфати, кремній-гель.

При виробництві карбаміду в газах, що викидаються, мо­же міститися NH₃ та CO₂.

Вплив на довкілля виробництва калійних добрив. У процесі збагачення сильвінітових руд у відходи потрапляє до 80 % руди у вигляді глинясто-сольових шламів. На 1 т KCl, ви­робленого із сильвінітових руд, у відвалах утворюється 3—6 т галітових відходів. Крім основного компонента — NaCl, вони містять KCl, CaSO₄, MgCl₂, Br та інші речовини. Вологість галітових відходів, що надходять у відвали, — 10—12 %, у відвалах — до 5—8 %. Пилогазові викиди калійних вироб­ництв складаються з димових газів сушильних відділень, вони містять пил KCl, HCl, пари флотореагентів і антизлежувачів (в основному амінів).

Вплив на довкілля виробництва пластмас та синтетич­них матеріалів. Широке розповсюдження мають пластмаси на основі синтетичних смол. Вони можуть бути вироблені шляхом полімеризації (полімерні стироли, вініловий спирт тощо) або поліконденсації (амінопласти, поліефірні смоли тощо). У процесі виробництва полімерних смол із мономерів можливе виділення токсичних парів і газів (фенолу, форм­альдегіду, хлористого ваніліну тощо), яке супроводжується залишковим тепловиділенням і підвищенням температури повітря на робочих місцях.

Вплив на довкілля виробництва кальцинованої соди Na₂CO₃. як відходи утворюється 8—12 м³ дистилерної рідини, що міс­тить до 1 т СаС1₂ та 0,5 т NeiCl (концентрація сухого залиш­ку — 200—250 кг/м³), яку складують у спеціальних шламо- накопичувачах — «білих морях», площа яких складає понад 350 га поблизу содових заводів, де відбувається їх поступове зневоднювання. Щорічно площа шламонакопичувачів збіль­шується на 30—40 га. Відходами виробництва кальцинованої соди є також шлами очищення розсолу, що складаються із CaCO₃ і Mg (OH)₂, а також гази карбонізаційних колон і ко- лон-промивачів газу, гази фільтрів, які містять NH₃, гази, що відходять від обпалювально-вапняних печей, які містять оксид Карбону.

Таблиця 10.1.

Перелік виробництв хімічної промисловості, що забруднюють атмосферне повітря

10.1.4. Металургійна промисловість

Металургія — галузь науки та промисловості, пов’язана з первинним отриманням металів із руд та інших видів си­ровини, яка включає:

• чорну металургію (виплавка чавуну, сталі та надання їм відповідної форми);

• кольорову металургію (виплавка легких, важких, благо­родних, рідкоземельних металів і виробництво сплавів).

Чорна металургія займає друге місце із загальної кількості викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря піс­ля теплоенергетики. Основними джерелами викидів в атмо­сферу у чорній металургії є агломераційне виробництво, ви­робництво чавуну та сталі. За даними аерокосмічних зйомок снігового покриву, зона дії підприємств чорної металургії простягається на відстань до 60 км від джерел забруднення. Навколо металургійних заводів формуються своєрідні техно­генні зони, де повітря, вода, сніг, ґрунт, рослинність містять у собі широкий набір шкідливих речовин, включаючи і такі надзвичайно небезпечні, як Плюмбум і Гідраргум.

Чорна металургія країни споживає 13—15 % кількості води від загальних витрат усіх галузей промисловості. Питома витрата води на виготовлення однієї тонни сталі, включаючи всі технологічні операції, перевищує 260 м³.

До основних джерел забруднення атмосфери в чорній ме­талургії відносяться агломераційне, коксове виробництво, доменне виробництво чавуну, сталеплавильне виробництво. Викиди складаються з оксидів Карбону (67,5 % сумарного викиду в атмосферу), твердих речовин (15,5 %), діоксиду Сульфуру (10,8 %) та оксидів Нітрогену (5,4 %). Дисперс­ний склад пилу (за масою) становить: 5 % часток розміром до 5 мкм, 3—4 % часток розміром 5—10 мкм, 2 % часток розміром 10—15 мкм, понад 60 % складають часток розміром >50 мкм.

З усіх пилогазових викидів зі сталеплавильних агрегатів найбільша кількість припадає на мартенівські печі: 90 % — оксидів Сульфуру, 85 % — оксидів Нітрогену та 75 % — пилу.

У процесі роботи електродугових печей на одну тонну перероблюваної сталі виділяється 10—35 м³/год газів у про­цесі плавлення, 100—250 м³/год — у процесі окиснення та 25—50 м³/год — у процесі відновлення. Склад газів такий: 8—20 % — діоксиду Карбону, 8—70 % — оксиду Карбону, 0—2 % — Кисню, 18—75 % — діоксиду Нітрогену.

У конверторному виробництві сталі у процесі продуван­ня киснем відбувається винесення пилу з відхідними газами у кількості 1,5—2,0 % маси залитого чавуну. Хімічний склад конверторних газів за об’ємом: CO₂ — 31 %, N₂ — 60 %, O₂ — 9 %. Крім того, у газі міститься до 100 мг/м³ Флюору та 10 мг/м³ Хлору.

Стічні води у процесі виробництва агломерату містять Ферум, оксид Кальцію та Карбон. На коксохімічних заво­дах утворюються фенольні стічні води. На виробництво од­нієї тонни коксу витрачається 1,2—1,6 м³ води для гасіння коксу. У процесі очищення коксового газу від сірководню миш’яко-содовим методом утворюється за годину приблизно до 6 м³ стічних вод, у складі яких містяться феноли, сірко­водень, аміак, ціаніди, бензольні сполуки. Для охолодження доменної печі потрібно до 4000 м³/год води. Забруднені стічні води утворюються на розливних машинах чавуну у кількості 350 м³/т, у газопроводах коксового та змішаного газу — кон­денсат 20—40 л/1000 м³ газу, грануляції доменного шлаку — 2 м³/т рідкого чавуну, гідроприбиранні пилу у підбункерному приміщенні — 300—360 м³/т чавуну. У процесі очищення 1000 м³ газу утворюється 4—6 м³ стічних вод, які містять пил (часточки руди, коксу, вапняку, агломерату), хімічні сполуки (сульфати, хлориди), розчинені гази.

Щорічно у поверхневі водні об’єкти потрапляє до 1,0 млн м³ стічних вод, з яких понад 85 % — токсичні. Разом зі стічними водами відходить значна кількість забруднюючих речовин, у тому числі завислі речовини, сульфати, хлориди, сполуки Феруму, сполуки важких металів тощо.

У чорній металургії утворюється велика кількість твердих відходів, які складуються на великих площах і у більшості випадків шкідливо впливають на ґрунт, рослинність, водні джерела та повітряний басейн. Звалища твердих відходів зай­мають на сьогодні тисячі гектарів корисного ґрунту. У них накопичено близько 500 млн т шлаків. Шламопилові відхо­ди утворюються практично на всіх стадіях металургійного виробництва. У нашій країні щорічно утворюється близько 80 млн т доменних, сталеплавильних і феросплавних шлаків, а також 1 млн т шламів, 110 тис. т пилу. Шлам містить ве­лику кількість заліза (майже 50 %). Доменні, феросплавні, мартенівські шлаки містять значні кількості сполук Фосфору та оксиду Кальцію, а також інші елементи, що використо­вуються як добрива у сільському господарстві. Забруднювачі літосфери — брухт (залишки у ковшах) і брак, який стано­вить у виробництві чавуну 7—10 кг/т. Тверді відходи на віт­чизняних заводах із виробництва чавуну становлять: брухт, брак — 87 500 т/рік, шлак окалина, зола — 40 000 т/рік, шлами, флюси — 600 т/рік.

Щорічно у кольоровій металургії використовується до 1200 млн м³ води. До чинників, що становлять значний вплив

Рис. 10.3. Авдіївський коксохімічний завод

на стан довкілля, відносяться газоподібні, рідкі та тверді відходи виробництва. Щорічно підприємствами кольорової металургії викидається в атмосферу до 3000 т шкідливих ре­човин. Забруднення атмосфери підприємствами кольорової металургії характеризується переважно викидами SO₂ (75 % сумарного викиду в атмосферу), оксидів Карбону (10,5 %) та пилу (10,4 %).

Джерелами утворення шкідливих викидів у виробництві глинозему, алюмінію, міді, свинцю, олова, цинку, нікелю та дорогоцінних металів є різні види печей. Слід зазначити, що у пірометалургійній переробці руд і концентратів утво­рюється значна кількість відхідних сульфурвмісних газів, для утилізації яких відсутні економічно виправдані технології. Унаслідок цього ступінь вловлювання діоксиду Сульфуру на підприємствах кольорової металургії не перевищує 22,6 %.

У процесі виробництва алюмінію в атмосферне повітря викидається велика кількість сірчаних сполук і значна кіль­кість пилу. Піч спікання викидає за годину 45 т пилу, який містить у собі токсичні пилоподібні речовини, що містять Ар­сен, Плюмбум тощо, а тому є особливо небезпечним. Струм, що протікає через електроліт в електролізній ванні, спричи­няє високі температури. Відбувається бурхливе виділення анодних газів, збагачених пилом і шкідливими складовими. У процесі виробництва однієї тонни алюмінію в атмосферу потрапляє приблизно 27 кг Флюору. Температура анодних газів — від 50 до 150 °С, тому має місце також теплове за­бруднення атмосфери. Аналогічно відбувається забруднення атмосферного повітря на підприємствах кольорової мета­лургії, що займається виготовленням міді, цинку, свинця та інших металів.

Стічні води підприємств кольорової металургії забруд­нені мінеральними речовинами, більшість з яких токсичні (ціаніди, ксантогенати, нафтопродукти тощо), солями важ­ких металів (Мідь, Цинк, Плюмбум), сполуками Арсену, фторидами, Гідраргумом, Сурмою, сульфатами, хлоридами тощо. У виробництві алюмінію використовується замкнена система споживання води. Свіжа вода необхідна для піджив­лення системи. Значне забруднення води відбувається через поверхневий стік із території підприємства.

Важлива проблема підприємств кольорової металур­гії — забруднення ландшафтів. На територіях заводів нако­пичується велика кількість твердих відходів і шламів. Шла- мосховища, які забруднюють пилом довколишні території, а інфільтратами — підземні води, часом досягають за площею 200 га.

На території алюмінієвих заводів накопичується небез­печний багатотоннажний відхід — червоні шлами, які збері­гаються просто неба у спеціальних шламонакопичувачах, що займають сотні гектарів.

Вихід шлаків, які зазвичай складуються у відвали, для технологій плавлення руд кольорових металів зазвичай ве­ликий і становить 60—120 % від маси рудної частини шихти. Основними компонентами шлаків є SiO₂, FeO, CaO, а також Al₂O₃, MgO, ZnO.

10.1.5. Машинобудівний комплекс

Машинобудівний комплекс складається з металообробки, власне машинобудування та малої металургії.

Машинобудування займається виготовленням засобів виробництва. Його основні галузі — важке та сільськогос­подарське машинобудування, а також тракторобудування, верстатобудування, виробництво устаткування для легкої та харчової промисловості.

Мала металургія — невеликі цехи при машинобудівних підприємствах, які займаються випуском деталей для різних машин і заготовок для їх виготовлення (ливарне та ковальсь­ко-пресове виробництво, зварювання та штампування).

Викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря від діяльності підприємств машинобудівного комплексу ста­новлять приблизно 1—2 % загального об’єму промислових забруднень — це в основному викиди газів металургійної складової машинобудівного комплексу.

У ливарному виробництві на одну тонну виливків утво­рюється від 1 до 3 т відходів, які містять відпрацьовану та не­використану суміш, шлаки, пил, гази. Хоча основна частина відходів — відпрацьовані суміші та шлаки, але для забруднен­ня навколишнього середовища найбільшу небезпеку мають пил і гази у зв’язку з тим, що їх важко вловлювати та відво­дити. У закритих печах-вагранках для виливків чавуну вироб­ничою здатністю 5—10 т/год у середньому на одну тонну ви­ливків викидається в атмосферне повітря: пилу — 11,5 кг/т, СО — 193 кг/т, SO₂ — 0,4 кг/т, C_mH_n — 7,7 кг/т. Розмір часток пилу становить 5—150 мкм. При розливі з вагранок у ковші однієї тонни чавуну в атмосферу викидається близько 130 г СО та 18—22 г графітового пилу. Питомі викиди на одну тонну готової продукції забруднюючих речовин в електро­дугових печах при виплавці однієї тонни сталі становлять: пилу — 7,6—9,5 кг/т, СО — 1,5 кг/т, SO₂ — 1,4 г/т, NO_x — 0,25 кг/т, ціаніди — 28,4 г/т, Флориди — 0,56 г/т. Джерелами забруднення стічних вод у ливарних цехах служать, головним чином, установки гідравлічної та електрогідравлічної очистки литва, вологої очистки повітря, гідрорегенерації відпрацьова­них формівних сумішей. Утворені при цих операціях стічні води забруднюються глиною, піском, зольними залишками від вигорілої частини стержневої суміші та зв’язуючими до­бавками формівної суміші. Концентрація цих речовин у воді досягає 5 кг/м³.

Ковальсько-пресове виробництво. У процесі нагрівання та обробки металів у цехах виділяються пил, кислоти та масляні аерозолі (туман), оксид Карбону, діоксид Сульфуру тощо. При використанні в ковальсько-пресових цехах для нагрі­вання металу полум’яних печей в атмосферу викидаються оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену та інші продукти зго­рання. Основними домішками стічних вод, що використо­вуються для охолодження технологічного обладнання, поко­вок, гідрозбивання металевої окалини та обробки приміщень, є часточки пилу, окалини та мастила.

Механічна обробка металів на верстатах супроводжується виділенням пилу, стружки, туманів мастил і емульсій, які ви­кидаються через вентиляційні установки в атмосферу. Пил, що утворюється у процесі абразивної обробки, складається з 30—40 % матеріалу абразивного круга та 60—70 % — об­роблюваного матеріалу. Інтенсивність виділення пилу при шліфуванні металевих деталей залежить від діаметра шлі­фувального круга. Вода використовується для приготування мастильно-охолоджуваних рідин, промивання пофарбованих виробів, для гідравлічних випробувань і проведення інших робіт. Основними забруднювачами стічних вод є пил, ме­талеві та абразивні часточки, сода, мастила, розчинники, фарби тощо.

Обробка неметалевих виробів. Значне виділення пилу спостерігається при механічній обробці склопластиків, графі­ту та інших неметалевих матеріалів. При механічній обробці полімерних матеріалів одночасно з пилоутворенням можуть виділятися пари різних хімічних речовин (фенол, формаль­дегід, стирол тощо), які входять до складу оброблюваних матеріалів.

Суттєво забруднюють середовище термічні цехи підпри­ємств. До джерел забруднення атмосфери відносяться ван­ни, агрегати для термічної обробки, нагрівальні печі, що працюють на рідкому та газоподібному паливі, а також дро- бо-струминні, дробоскидувальні камери. У процесі роботи цих агрегатів і установок до атмосфери потрапляють пари та продукти горіння мастил, аміак, ціанистий водень, пил тощо. Воду використовують для приготування технологічних розчинів загартування, відпускання та обпалювання деталей, промивання деталей та ванн після викидання відпрацьова­них розчинів тощо. Основні домішки стічних вод — пил мі­нерального походження, металева окалина, важкі метали, ціаніди, мастила та луги.

Щоб надати деталям певних хімічних властивостей, вони проходять подальшу хіміко-термічну обробку у гальванічних цехах. При цьому утворюється велика кількість надзвичай­но шкідливих газів і парів розчину, що знаходиться у ванні. Після певного часу він стає непридатним до подальшого ви­користання й у виробництві перетворюється на небезпечний забруднювач довкілля. Основні забруднювачі атмосфери, що виділяються при гальванічних процесах, — пил, тонкодис- персний туман, пари та гази, особливо у процесі кислотного та лугового плавлення. Вода використовується для приго­тування технологічних розчинів, призначених для протрав­лення деталей і металів, нанесення на них фарб, а також для промивання деталей і ванн після викидання відпрацьованих розчинів і обробки приміщень. Основні домішки стічних вод — пил, металева окалина, емульсія, луги, кислоти, важ­кі метали та ціаніди.

На дільницях зварювання та різання металів склад і маса викидів шкідливих речовин залежать від виду та режимів технологічного процесу, властивостей зварювальних речовин. Зварювальний пил на 99 % складається з часток розміром від 10^—3 до 1 мкм, близько 1 % пилу утворюють частки розміром 1—5 мкм. Хімічний склад шкідливих речовин, які виділяють­ся при зварюванні, обумовлений в основному складом зва­рювальних матеріалів (дроту, покриття, флюсів) і практично не залежить від складу зварювальних металів. Стічні води в основному містять домішки, маслопродукти, кислоти.

Значним забруднювачем довкілля є виробництво, спря­моване на поліпшення загального вигляду деталей, — фар­бувальні цехи підприємств. Шкідливі речовини у цих цехах виділяються при знежиренні поверхонь органічними роз­чинниками перед фарбуванням, підготовці лакофарбових матеріалів (ЛФМ), нанесенні ЛФМ на поверхні виробів, сушінні лакованих і фарбованих поверхонь.

Основні забруднювачі ґрунтів — тверді відходи ливарно­го виробництва, — потрапляючи у відвали, являють собою в основному відпрацьовані ливарні піски. Невелику частину (менше 10 %) займають металеві відходи, кераміка, дереви­на, сміття тощо. Головним напрямком зменшення кількості твердих відходів треба вважати регенерацію відпрацьованих ливарних сумішей.

10.1.6. Транспорт і довкілля

Структура транспортного комплексу представлена на рис. 10.4.

Для всіх видів рухомого транспорту необхідна умова за­безпечення руху — вивільнення енергії, яке відбувається або у процесі горіння палива, або внаслідок вивільнення аку­мульованої чи підведеної електричної енергії. Вид палива, яке використовується для забезпечення руху транспортних засобів, залежить від виду силової установки, де потенційна енергія палива перетворюється на кінетичну енергію руху. Найпоширеніші види силових установок такі:

• карбюраторний двигун внутрішнього згорання (ДВЗ);

• дизельний двигун внутрішнього згорання;

• газова турбіна;

• ракетний двигун;

• ядерна силова установка.

Паливом для карбюраторних ДВЗ служить бензин, пали­вом для дизельних ДВЗ — дизельне паливо (солярка). Розріз­няють дистилятне низьков’язке паливо — для швидкохід­них транспортних засобів та високов’язке — для тихохідних (суднових, стаціонарних) двигунів. Як паливо для авіаційних двигунів використовують гас (керосин) — продукт перероб­ки нафти, до складу якого входять парафінові, нафтенові та ароматичні вуглеводи. Для інших турбін використовують газотурбінне паливо — вуглеводневі гази або рідке нафто­ве паливо. Для роботи ракетного двигуна застосовується як

Рис. 10.4. Структурна схема транспортного комплексу

рідке, так і тверде ракетне паливо. Як паливо для роботи ядерної силової установки використовується ядерне паливо, характеристика якого наведена у пункті 10.1.1 (атомні елект­ричні станції). Повітря використовується для горіння палива у перерахованих вище силових установках без будь-якого попереднього збагачення. Обов’язкова операція — тільки по­переднє очищення повітря від механічних зважених часток шляхом використання фільтрів.

У наш час транспорт — одне із головних техногенних джерел забруднення довкілля. Техногенний вплив транспорту на екосистеми полягає у:

• забрудненні атмосфери, водних об’єктів і земель, зміні хімічного складу ґрунтів і мікрофлори, утворенні виробничих відходів, шламів, котельних шлаків, золи та сміття;

• споживанні природних ресурсів (атмосферного повітря, нафтопродуктів і природного газу, води для систем охо­лодження силових установок і миття транспортних засобів, земельних ресурсів, відчужених під будівництво автомобіль­них доріг, залізниць, аеродромів, трубопроводів, річкових і морських портів та інших об’єктів транспортної інфраструк­тури);

• виділенні теплової енергії в навколишнє середовище під час роботи тягових двигунів і установок, в яких спалюють паливо;

• створенні високих рівнів шуму і вібрації;

• травмуванні та загибелі людей і тварин, нанесенні вели­ких матеріальних збитків внаслідок аварій і катастроф;

• порушенні ґрунтово-рослинного покриву;

• зменшенні врожайності сільськогосподарських культур.

Автотранспортний комплекс розглядається нині як все­світня екологічна загроза людству. Забруднення повітря транспортними засобами пов’язане зі споживанням енергії видобувних органічних палив. Згідно з європейською ста­тистикою, за 1998 рік енерговитрати транспорту станови­ли 29,8 % загального споживання енергії в Європейському Союзі (ЄС). У транспортному секторі ЄС за розподілом споживання палива на автотранспорт припадає 84,4 %, на авіацію — 11,1 %, на залізниці — 2,5 %, на річковий транс­порт — 2,0 %.

Найбільша частина шкідливих речовин, що виділяються двигуном автомобіля, припадає на частку відпрацьованих газів — продукт неповного згорання використовуваного па­лива, у складі яких містяться різноманітні хімічні сполуки, у тому числі і небезпечні для здоров’я людини та шкідливі для оточуючого середовища.

Вимоги ЄЕК ООН (Комітет з екологічної політики Єв­ропейської економічної комісії) щодо токсичності відпра­цьованих газів транспортних двигунів представлені в таб­лиці 10.2.

Таблиця 10.2.

Норми токсичності вихлопу (г/км) легкових автомобілів для європейських країн

Примітки: ЗВ — загальні вуглеводні, НМВВ — неметалові вуглеводні, ЗЧ — завислі частки.

Автомобіль за свій життєвий цикл утворює масу відходів у 10разів більше маси самого автомобіля. Якщо при цьому вра­ховувати застосовувану воду (система охолодження та мийка), то маса відходів перевищить масу автомобіля у 100 разів.

Принципово викиди тепловозних двигунів не відрізня­ються від автомобільних, тому що відпрацьовані гази мають аналогічний склад. Але режим роботи тепловозних дизелів стабільніший, тому виділення забруднюючих речовин мен­ше, ніж для автомобільних перевезень. Ступінь забруднення наближається до автомобільного тільки у випадку маневреної роботи. З електрифікацією вплив залізниці на навколишнє середовище зменшується.

Забруднення довкілля водним транспортом відбувається за двома основними напрямками: по-перше, морські та річкові судна забруднюють біосферу відходами, одержаними у ре­зультаті експлуатаційної та виробничої діяльності; по-друге, викидами у випадку аварій суден із токсичними вантажами, здебільшого нафтою та нафтопродуктами.

Нафта та нафтопродукти — основні забруднювачі водного басейну у процесі роботи водного транспорту. За оцінка­ми фахівців, у моря та океани виливається до 10 млн т на­фтопродуктів на рік. Кожна тонна нафти покриває плівкою 12 км² водної поверхні. Нафтова плівка перешкоджає про­никненню у воду кисню.

Аеропорти займають величезні площі, у середньому 25— 50 км² (аеропорт Даллас — 70 км²). Через безпеку польотів і шум непридатні для житла близько 120 км². Взаємодія з нав­колишнім середовищем пов’язана з польотами всіх типів лі­таків і гелікоптерів, а також із будівництвом і функціонуван­ням аеропортів і ремонтних підприємств, що, як правило, розташовуються поблизу великих промислових центрів.

Забруднення повітряного середовища ракетними дви­гунами відбувається у процесі їх роботи перед стартом, на зльоті та посадці, під час наземних випробувань у процесі виробництва чи після ремонту; у процесі заправлення па­ливом. Визначальна риса ракетного двигуна — він не ви­користовує в процесі роботи компонентів навколишнього середовища (повітря та воду), тому є основним двигуном у космонавтиці.

10.2.