Металлургическая промышленность загрязнение почвы

Накопление тяжёлых металлов

Первая отвечает за добычу и обогащение руд цветных металлов (алюминий, медь, олово, титан, свинец, магний, никель и т. д.) и производство одноимённых металлов, а также их сплавов. Вторая занимается обработкой железной руды, производством чугуна, стали и ферросплавов, а также их прокатом.

Основные источники экологических проблем металлургии

Металлургические предприятия — это сложные производственные комплексы, состоящие из различных цехов, а зачастую и более мелких заводов. Технологические процессы на металлургических предприятиях сопровождаются большим выделением газов, пыли, шлаков, сточных вод, мусора, окалины и других выбросов.

Старые рабочие технологии

Изношенность оборудования и использование устаревших технологий — главный фактор высокого загрязнения окружающей среды различными видами отходов металлургических производств. Так:

• в атмосферу с газом и дымом выделяется большее удельное количество вредных веществ, чем на современных производствах;
• устаревшие пыле- и газоочистные установки работают неэффективно;
• недостаточно очищаются сточные воды;
• на подсобных предприятиях и цехах используются трубы малой высоты, что увеличивает общее количество мелких источников загрязнения.

Также при планировании старых металлургических комбинатов практически не учитывались отрицательные факторы, оказываемые на людей. Поэтому жилые районы строились очень близко к предприятиям.

Техногенное загрязнение окружающей среды

Машиностроение в России и его вредные производства, влияющие на экологию

Крупнейшие экологические катастрофы в России

Вредные выбросы в атмосферу

Согласно данным, приведённым в Бюллетене Росстата «Основные показатели охраны окружающей среды» за 2021 год, в районах расположения крупных предприятий металлургической отрасли на их долю приходится до 50% загрязнения атмосферы. Например, на миллион тонн готовой продукции предприятия чёрной металлургии выделяют в сутки:

• пыль — 350 т;
• оксид углерода — 400 т;
• сернистый ангидрид — 200 т;
• оксиды азота — 42 т.

Больше всего выбросов у следующих производств:

• коксохимического (оксиды углерода и серы, аммиак, угольная пыль);
• агломерационного (железо, оксиды марганца, кремния, железа, серы, частицы меди, свинца, титана и др.);
• доменного (оксиды углерода и серы, водород, азот, колошниковая пыль, содержащая окислы различных металлов);
• ферросплавного (токсичная и нетоксичная пыль, содержащая окислы металлов);
• сталеплавильного (пыль, содержащая железо, марганец, алюминий, хлор, фосфор и др.);

В зависимости от ветра загрязнение территорий от деятельности металлургических предприятий распространяется от 20 до 50 км. Причём на каждый квадратный метр при этом выпадает от 5 до 15 кг пыли. Таким образом вокруг этих предприятий образуются техногенные зоны, где вредные вещества обнаруживаются в почве, воде, растениях.

Чем грозит человечеству глобальное загрязнение воздушной оболочки нашей планеты?

Определение степени загрязнения воздуха с помощью индекса загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы Земли: классификация по виду и составу

Сточные воды

Металлургическая отрасль использует воду в огромных количествах. Лидером является цветная металлургия. Так, для производства тонны никеля идёт четыре тысячи кубометров воды, а чугуна — до 200 кубометров.

За загрязнение водных ресурсов ответственны:

• солевые растворы;
• шламовые воды;
• вторичное загрязнение из атмосферных осадков.

Основные источники химического загрязнения гидросферы

Загрязнение поверхностных вод суши промышленными, коммунально-бытовыми стоками

Современные проблемы при потреблении водных ресурсов

Гидросфера: что её загрязняет – и как её можно очистить?

В сточных водах содержатся:

• твёрдые минеральные вещества;
• флотационные реагенты (нефтепродукты, цианиды и др.);
• ионы тяжёлых металлов (меди, марганца, цинка, свинца и т. д.);
• мышьяк;
• фтор;
• хлориды;
• ртуть;
• сульфаты и др.

Основные источники и виды загрязнения подземных вод

Основные источники химического загрязнения воды

Также металлургические предприятия несут ответственность за повышение кислотности воды и тепловое загрязнение, так как большая часть забранной воды идёт на охлаждение, например, при производстве чугуна — 75%.

Отходы, загрязняющие почвы на прилегающих к предприятиям территориях

Металлургические заводы и комплексы занимают площади более тысячи гектаров. Например, Магнитогорский металлургический комбинат — 11834,9 га. Площади, занятые отвалами, шламонакопителями и другими отходами, на сегодняшний день по России — до 130 тыс. га полезных земель. И эти площади растут с каждым годом.

Твёрдые отходы образуются на всех стадиях производства. Утилизируется всего 34% из них.

Металлургические шлаки содержат железо, фосфор и другие соединения. Шламы содержат железо (приблизительно 50%) и пыль. Ветрами это разносится по окружающим предприятия территориям, включая города и другие населённые пункты, водоёмы, сельскохозяйственные земли, леса.

После выпадения осадков почва загрязняется веществами, которые образовались в процессе выщелачивания из отвалов. Поэтому даже освобождённые от накопленных отходов земли не пригодны для сельского хозяйства.

Основные источники загрязнения литосферы и возможные последствия

С помощью каких мер можно защитить почву от загрязнения?

Химическое загрязнение почвы

Добыча чёрных и цветных металлов с последующей деградацией и изменением земель

Помимо производства, окружающей среде вредит и добыча руд и угля для него. Она осуществляется или открытым, или шахтным способом.

Особый вред наносится системе подземных и наземных вод, так как в процессе выработок меняется естественный режим и баланс. Происходит образование депрессионных воронок, которые занимают сотни тысяч квадратных километров с понижением уровня подземных вод на несколько сотен метров.

Так, в районе Курской магнитной аномалии это понижение доходит до 115 м и имеет тенденцию к дальнейшему увеличению от одного до трёх метров в год. А площадь этой воронки — 40 тыс. км2.

Уход подземных вод на более низкие горизонты влечёт за собой высыхание почвенного слоя, а впоследствии и эрозии земель.

Нехватка чистой пресной воды – глобальная проблема человечества

Загрязнение воды, как экологическая проблема номер один на планете

Вторичное загрязнение водоёмов как процесс, приводящий к деградации водных объектов

Общие тенденции

В России имеются огромные запасы черных и цветных металлов. В структуре экономики эта отрасль занимает третье место. В любом крупном городе имеется свое металлургическое производство. Оно вливает в бюджет крупные суммы денег, но вместе с тем активно изменяет экологическую обстановку. И изменение это идет далеко не в лучшую сторону.

Радиус выброса вредных отходов даже от небольшого завода составляет примерно 30 км. Действие этих веществ охватывает весь город и прилежащие к нему территории. К самым загрязненным в экологическом плане городам относят Липецк, Магнитогорск, Кемерово, Челябинск.

Экологическая проблема черной металлургии заключается и в отсутствии современного оборудования. Более 70% заводов работают по старым технологиям, которые приносят больше убытков, чем доходов. Имеет значение расположение металлургических комплексов. 80% строений находятся в городской черте.

Экологическая проблема заключается не только в отходах. Добыча полезных ископаемых приводит к изменению рельефа земной поверхности. Образуются котлованы, карьеры, искусственные холмы. Из-за этого воздушные потоки меняют свое направление, климат становится другим.

Использование воды, почвы, лесов приводит к истощению этих ресурсов. Они возобновляемы, но скорость их восстановления в 10 раз меньше скорости потребления промышленными производствами.

Основные загрязняющие вещества на металлургических предприятиях

Металлы, попадающие в окружающую среду, делятся на три класса опасности:

• 1 класс (высокоопасные) — мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, цинк;
• 2 класс (умеренно опасные) — никель, кобальт, медь, хром, молибден, бор;
• 3 класс (малоопасные) — марганец, ванадий, барий, стронций, вольфрам.

Вы знали, что соединения свинца способны разрушить структуру ДНК и причинить существенный вред репродуктивной системе человека?

Помимо металлов, в окружающую среду попадают следующие вещества и соединения:

• аммиак;
• сероуглерод;
• пары бензина;
• сульфат аммония;
• фенол;
• кальций;
• хлорид аммония;
• кремний;
• хлорид кальция;
• масла;
• нефть многосернистая;
• цианиды простые и комплексные и др.

Тяжелые металлы — загрязнители природной среды

Главный источник тяжелых металлов – промышленность. Выбросы проникают в водоемы, атмосферу, почву, а из нее – в сельхозкультуры. Самые токсичные – свинец, ртуть, мышьяк, кадмий и хром.

Ртуть

Ртути присвоен I класс опасности. Ее естественное состояние в земной коре – безвредные сульфидные остатки, но вследствие атмосферных процессов возникло загрязнение мирового океана. В нем было обнаружено 50 млн. т ртути. Если 5 000 т/год – естественный вынос, то еще столько же – результат деятельности человека.

В мире создается свыше 10 000 т ртути в год. В океане ртуть под воздействием анаэробов превращается в метилртуть и диметилртуть, опасные для всего живого. Метилртуть с кровью поступает в мозг, разрушая его, проникает в плаценту. При проглатывании и вдыхании паров металлической ртути чернеют и крошатся зубы. Ртутные соли просачиваются сквозь кожу, разъедая ее и слизистые.

Свинец

Свинцу присвоен I классу опасности. Он выделяется при выплавке из руды. Каждый год в мире используется до 180 000 т свинца, а наибольшее загрязнение наблюдается на автомобильных выхлопных газах. При движении машины в атмосферу выбрасывается свинец содержащийся в бензине. Основная масса оседает на землю, но часть остается в воздухе.

Еще свинцовая пыль покрывает почву в промышленных зонах. Другие источники загрязнения – угольные электростанции и бытовые печи, глиняная посуда с глазурью, красящие пигменты.

Неорганические соединения свинца расстраивают метаболизм, металл может замещать кальций в костях. Органические еще более токсичны.

Кадмий и цинк

1 млн. кг кадмия ежегодно выбрасывается в атмосферу вследствие его выплавки. Это 45% общего загрязнения. Другие 55% – следствие сжигания или переработки кадмийсодержащих изделий. Заводы по выплавке цинка – крупнейшие источники загрязнения данным металлом. Оба элемента проникают в водоемы, попадают в рыбу, скапливаются в печени и почках.

Значительные загрязнения цинком обнаруживаются вблизи автомагистралей. Источником загрязнения кадмием также являются удобрения. Элемент внедряется в растения, используемые в пищу, и отравляет организм. При этом кадмий намного токсичнее цинка, ему присвоен I класс опасности. Вдыхание воздуха, в котором его больше 5 мг/м3, в течение 8 ч. чревато смертью.

Сурьма, мышьяк, кобальт

Каждый год в мире производится около 70 т сурьмы. Она входит в состав сплавов, применяется для изготовления спичек, а в чистом виде идет на полупроводники. Хроническое отравление нарушает функции ЖКТ.

У мышьяка II класс опасности, он летучий и легко попадает в воздух. Сильнейшие источники загрязнения – гербициды, фунгициды и инсектициды. Элементарный мышьяк – слабый яд, но нарушает развитие плода. Отравление вызывает болезни ЦНС, изменения печени, атрофию костного мозга.

Кобальт задействуют в сталелитейном деле, изготовлении полимеров. Это элемент I класса опасности.

Медь и марганец

Медь относится ко II классу опасности. По воде и воздуху металл переносится на огромные расстояния. Аномальным содержание меди в почвах и растениях остается на расстоянии больше 8 км от плавильного завода. Ее излишки откладываются в тканях мозга, коже, печени, поджелудочной. Она провоцирует болезнь Вильсона.

У марганца тоже II класс опасности. Источники загрязнения – производства легированной стали, сплавов, электробатарей. Превышение нормы марганца в воздухе разрушает ЦНС.

Последствия влияния металлургии на окружающую среду

Отходы и выбросы с металлургических предприятий отравляют биосферу со всех сторон. Это приводит к губительным последствиям как для природы, так и непосредственно для человека.

Накопление тяжёлых металлов

Тяжёлые металлы имеют тенденцию накапливаться в почве, воде, в растениях, продуктах питания, организме человека и т. д. Например, быстро очистить от них почву нельзя. Для этого можно применять такой способ:

• участок засаживается быстрорастущими растениями;
• вырастая, они вытягивают из земли тяжёлые металлы в фитомассу;
• после созревания растения убираются и уничтожаются;
• цикл повторяется.

На очистку почвы таким образом может уйти не один десяток лет (в зависимости от степени загрязнения). Но этот способ сработает только в том случае, если поступление металлов в почву прекратится.

Тяжёлые металлы токсичны настолько, что могут поразить почву в радиусе 200 км от свалок отходов, а в радиусе 100 км полностью погибает вся растительность.

Тяжелые металлы – наиболее опасные элементы, способные загрязнять почву

Возможно ли решение современных экологических проблем в глобальном масштабе

Непригодность загрязненной земли для сельского хозяйства

Загрязнённые земли вокруг металлургических комбинатов становятся не пригодными для ведения сельскохозяйственных работ, так как все вредные вещества переходят в растения, которые служат пищей для животных и человека.

Основным фактором, приводящим почвы в негодность, является образование в них соединений различных металлов. Часть этих соединений не может вывестись из почвы. Другая становится подвижной и мигрирует в почвенном слое, отравляя биоту.

Загрязнение источников питьевой воды

Отвалы и шлаконакопители являются постоянными источниками загрязнения не только почвы, но и подземных и поверхностных вод тяжёлыми металлами. Так, в подотвальных водах содержание этих веществ превышает предельно допустимую концентрацию в сотни, а местами и тысячи раз. Запасы питьевой воды таким образом постоянно снижаются.

Если площадь под накопителями твёрдых отходов превышает 200 гектаров, это приводит к подъёму грунтовых вод и эффекту продавливания грунта, в результате чего по радиусу образуется кольцо из отравленных болот и озёр.

Вы знали, что металлургические предприятия забирают четвертую часть воды общего пользования и загрязняют поверхностные воды?

Рост заболеваний и увеличение смертности

В промышленных районах, по данным Росстата, средняя продолжительность жизни ниже по сравнению с более благоприятными в экологическом отношении областями. Также наблюдается повышенное количество следующих заболеваний:

• лёгочные;
• онкологические;
• вегетативно-сосудистые поражения;
• кохлеарный неврит;
• нарушения работы опорно-двигательного аппарата;
• заболевания костной системы;
• дерматиты и др.

Проблемы утилизации или переработки отходов в металлургии

Руды, полученные в процессе добычи, очищаются путем удаления нежелательных компонентов. Это причина больших проблем утилизации. Компоненты содержат пириты, которые подвергаются окислению и выделяют серную кислоту при воздействии воздуха или влаги.

Утилизация различных металлургических шлаков, образующихся в процессе извлечения, рафинирования и легирования металлов, является экологической проблемой. Потому что, если с ними не обращаться должным образом, они становятся огромным источником отходов. Поскольку рост индустриализации идет очень быстро, земля для заполнения этих земель шлаками сокращаются во всем мире.

Кроме того, отходы вызывают загрязнение воздуха, земли и воды. По мере того как шлаки производятся в большом количестве в пирометаллургическом процессе, соответствующие затраты на утилизацию становятся все более высокими. Это влияет на здоровье человека, так как растительность на загрязненных землях и зараженная вода потребляются людьми.

В основном токсичными элементами, присутствующими в шлаке, являются мышьяк, свинец, кадмий, кобальт, хром и никель. При экологическом испытании шлака делается вывод о том, что плавильные шлаки содержат 23,5% мышьяка. Отходы мусоросжигательных заводов содержат опасные вещества, такие как тяжелая вода и диоксины. Утилизация этих опасных веществ требует долгосрочной безопасности для будущих перспектив.

Что можно сделать

Сделать металлургическую отрасль более безопасной в экологическом отношении возможно. Для этого важно принимать такие меры:

• модернизировать предприятия и заменять устаревшее оборудование. Современные методы и технологии позволяют минимизировать наносимый природе вред;
• устанавливать современные системы очистки сточных вод и газов, выбрасываемых в атмосферу. Эти методы позволят не только очистить выбросы, но и получить сырьё для вторичной переработки;
• пускать отходы во вторичную переработку или ликвидировать. Полное и вторичное использование отходов позволяет экономить полезные ископаемые и снижает нагрузку на окружающую среду;
• проводить рекультивацию земель.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Самые долгие последствия вызывает загрязнение почв тяжелыми металлами вследствие добычи, плавки руд, промышленных выбросов, применения удобрений. Особенно опасны кадмий, медь, свинец, цинк, поскольку они стойкие, биоаккумулятивные и токсичные.

Последствия загрязнения почвы

Из-за загрязнения почв металлами ухудшается рост и метаболизм почвенных микробов. Это может затруднить поглощение растениями питательных веществ из почвы. Плюс тяжелые металлы токсичны для растений. Все это приводят к замедлению роста, низкой урожайности.

Растения, накопившие токсиканты, могут поступать в пищу. Это опасно для здоровья. Еще они из почвы проникают в питьевую воду, вызывая болезни.

Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами

Перед рекультивацией земель, загрязненных тяжелыми металлами, важно выявить источник загрязнения, реализовать меры по его ликвидации и уменьшению выбросов. Только так достигается эффективность работ.

Рекультивация земельных участков проводится несколькими способами:

1. Выращивание устойчивых к загрязнению растений (колосовые зерновые, капуста, картофель, хлопчатник, свекла).
2. Фиторекультивация растениями, накапливающими металлы.
3. Контроль подвижности токсикантов в почве.
4. Регулирование соотношения элементов в почве.
5. Организация рекультивационного слоя.

Загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами

Пищевые цепочки – один из основных путей поступления токсикантов в организм. Они начинаются от сельхозугодий и заканчиваются человеком. Растения поглощают металлы из почвы, в продукты животноводства они поступают через антибиотики, гормоны для стимуляции роста животных. Как конечное звено пищевой цепи, человек может получать еду с концентрация токсикантов до 1000 раз выше, чем в почвах.

Загрязнение пищевых продуктов происходит при готовке еды, контакте сырья с посудой во время термообработки. При консервировании жестяные банки становятся источником загрязнения свинцом. Он попадает в состав продуктов питания из свинцового припоя в швах.

Источник