Экология/1.Состояние биосферы и его влияние на здоровье человека

Чуфырина М.В., Коростовенко В.В., Степанов А.Г.

Сибирский федеральный университет, Россия

Снижение санитарной опасности растворов газоочистки алюминиевого производства

Любое промышленное производство связано с потенциальной экологической опасностью. В последние десятилетия влияние промышленности на окружающую среду значительно возросло. Интенсивное загрязнение компонентов биосферы и ухудшение качества среды обитания непосредственно сказываются на здоровье людей.

Электролизное производство алюминия относится к одним из самых вредных промышленных производств. В алюминиевой промышленности основное негативное влияние на окружающую среду оказывают отходящие вредные газы и твердые отходы. Выделение газов и образование отходов происходят на разных этапах производства.

Выбросы алюминиевых заводов содержат пыль, оксиды серы и углерода, фториды, соединения металлов.

Газы, выделяющиеся при электролизе алюминия, подвергаются очистке с помощью различных методов и оборудования.

В процессе очистки происходит улавливание фтор- и серосодержащих компонентов глиноземом или содовым поглотителем. В результате образуются хвостовые растворы, основными составляющими которых являются сульфат, фторид, карбонат и гидрокарбонат натрия.

Переработка и утилизация растворов газоочистки - серьезная проблема алюминиевых предприятий. Решение данного вопроса является важной задачей в области экологии металлургической промышленности.

Существует большое количество методов переработки растворов газоочистки с целью снижения их опасности: кристаллизация при выпаривании и охлаждении, каустификация, ионный обмен и т.д. Однако эти методы обладают рядом недостатков, что ограничивает возможности их практического применения.

Технология кристаллизации, в основе которой лежит получение кристаллов мирабилита, их последующее обезвоживание и получение товарного продукта - сульфата натрия, является достаточно энергоемким способом переработки растворов газоочистки.

Существенной проблемой метода является высокая степень инкрустации внутренних поверхностей кристаллизаторов и необходимость частой промывки аппаратов, что приводит к снижению их срока службы и дополнительным затратам на ремонт оборудования.

Кроме того, проектирование, изготовление, установка данного комплекса по выведению сульфатов из отработанных растворов требуют значительных капитальных вложений.

Технология обработки растворов газоочистки известью (гашеной, негашеной, известковым молоком) получила название каустификации. При взаимодействии Ca(OH)₂ с отработанным раствором образуются нерастворимый осадок и едкая щелочь, сульфат натрия остается в растворе.

Реагенты, используемые в способе каустификации растворов, являются доступными и недорогими. Однако выделение сульфата натрия высокого качества требует использование процессов высаливания и вымораживания, что ведет к существенным энергетическим затратам.

Одним из методов очистки отработанных растворов является ионный обмен.

Принцип ионного обмена заключается в том, что подлежащий очистке раствор проходит через слой ионита, в котором происходит обмен катионов или анионов. Органические искусственные иониты – это ионообменные смолы с развитой поверхностью, которые представляют собой высокомолекулярные соединения.

Применение ионообменных технологий с использованием органических смол в процессе очистки оказалось неэффективным, т.к. вместе с сульфат-ионом из растворов газоочистки попутно извлекаются и такие соединения как CO₃^2- и HCO₃^-, нежелательные с точки зрения получения конечного продукта надлежащего качества.

Большое распространение получил метод осаждения сульфатов в хвостохранилищах. Совместно с отработанными растворами в хвостохранилищах располагаются шламы газоочистки и другие углеродсодержащие отходы. При низких температурах в зимнее время кристаллы мирабилита осаждаются вместе с другими отходами, образуя осадки на дне хвостохранилищ. Осаждённый мирабилит перекрывается шламами и обратного растворения не происходит. Однако при недостаточной гидроизоляции сульфатсодержащие растворы будут загрязнять подземные воды, что приводит к угрожающим последствиям.

Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Содержащиеся в подземных водах загрязнения в конечном итоге попадают в реки и озера.

Загрязнение пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, не только сказывается на здоровье людей и состоянии окружающей среды, но и приводит к необходимости колоссальных затрат на очистку воды, ремонт и реконструкцию очистных сооружений, дополнительных затрат на здравоохранение.

Кроме того, пыль, формирующаяся на хвостохранилищах, представляет собой угрозу для здоровья населения. Процессы вредного воздействия пыли на человека долгосрочны и труднопрогнозируемы. Однако негативное влияние существует, и продолжительное пребывание вблизи источника пыли может вызывать различные заболевания легких, нервной системы, дыхательных путей и другие.

В ХХI веке все отчетливее проявляется зависимость состояния здоровья человека от экологической ситуации.

В настоящее время влияние промышленных вредностей на работников предприятия и людей, проживающих в непосредственной близости от опасных производств, становится равноценным.

По данным Государственных докладов о состоянии здоровья населения Российской Федерации за последние годы, в экологически неблагоприятных регионах, городах с большой концентрацией промышленных производств происходит резкое снижение рождаемости, повышение уровней преждевременной смертности, рост инвалидности и ухудшение здоровья детей.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 75 % всех ежегодных смертей в мире обусловлено загрязнением природной среды и неправильным образом жизни, 90 % всех злокачественных новообразований вызывается внешними вредными факторами, воздействующими на человека, и только 10 % — другими причинами.

Таким образом, разработка эффективной, универсальной технологии по выведению сульфатов из отработанных растворов позволит уменьшить экологическую опасность алюминиевых предприятий и, следовательно, значительно снизить экологические платежи.

Решение проблемы переработки растворов газоочистки в металлургической промышленности позволит снизить нагрузку на окружающую среду и уменьшить негативное влияние на здоровье населения.