Специальность 6.070800-"Экология"

Автореферат магистерской выпускной работы на тему:"Анализ методов классификации, расчета класса опасности, переработки и утилизации отходов (на примере ОАО "МК"Азовсталь")

Руководитель: Булавин А.В.

Донецк-2002

e-mail: philin@ukrtop.com

Введение

Задача решения проблемы тотальной классификации отходов имеет свои особенности. Тем не менее, практически во всём мире эта задача решается, по сути, на основе отраслевого принципа, который порой дополняется какими-то элементами генезиса отходов, их возможной опасности, агрегатного состояния, химического состава и т.п. Таков принцип построения Европейского классификатора отходов (ЕКО) разработанного в рамках ЕЭС, и, как следствие, практически всех классификаторов европейских стран, которые в значительной степени представляют собой простую компиляцию этого классификатора с привнесением в него некоторых национальных особенностей. Таков же был принцип построения действовавшего в бывшем СССР классификатора в виде сводной целевой номенклатуры вторичных материальных ресурсов, созданной на базе классификатора ОКП, который был построен по отраслевому принципу. Таков же принцип построения классификатора Российской Федерации и Украины. При этом степень и характер детализации описания отходов в различных классификаторах весьма различаются между собой.

В магистерской работе приведена краткая характеристика Российского и Украинского классификаторов отходов. Проведен сравнительный анализ Российского и Украинского классификаторов. Выявлены недостатки классификатора отходов ДК 005-96 в процессе проведения инвентаризации отходов на ОАО "МК "Азовсталь". Проведен расчет класса опасности отходов агломерационного производства. Проанализированны существующие методы переработки и утилизации отходов металлургического комбината.

Так как черная металлургия является одной из основных отраслей промышленности Украины, работа классификаторов рассмотрена на примере одного из крупнейших металлургических комбинатов - Мариупольском комбинате "Азовсталь".

ОАО "МК "Азовсталь" представляет собой предприятие с полным металлургическим циклом (чугун - сталь - прокат). Сырьём для производства служат: железная руда, агломерат, окатыши, кокс, известняк. Потребляемое топливо - металлургический кокс, промпродукты, мазут, доменный, коксовый и природные газы. Согласно данным за 2000 год предприятием произведено 1577 тыс.т агломерата, 2554 тыс.т чугуна, 1883 тыс.т стали конвертерной, 1193 тыс.т стали мартеновской, 2584 тыс.т проката. Численность работающих на комбинате составляет 23 тыс. человек.

Функционирование такого гигантского металлургического комбината неизбежно связано со значительным негативным воздействием на окружающую среду - на долю предприятия приходится 8,75 % образовавшихся в Донецкой области промышленных отходов за 2000 год.

Классификация отходов металлургической промышленности возможна по различным признакам, среди которых основными можно считать следующие:

а) по отраслям промышленности - черная и цветная металлургия, рудо- и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т.д.;

б) по фазовому составу - твердые (пыли, шлаки), жидкие (растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединения серы и др.);

в) по производственным циклам - при добыче сырья (вскрышные и отвальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы).

В работе за основу классификации отходов принята их классификация в Государственном классификаторе отходов ДК 005-96.

Основную массу отходов ОАО "МК "Азовсталь" составляют шламы, пыли и шлаки. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности. Поэтому в работе более подробно подвергнуты рассмотрению шламы предприятия.

Шламы можно разделить:

- шламы аглофабрики;

- шламы доменного цеха;

- шламы кислородно-конверторного цеха;

- шламы электросталеплавильного цеха;

- шламы цеха водоснабжения;

- шламы теплосилового цеха;

- шламы цеха сортового стекла;

- шламы газового цеха;

- общезаводские шламы.

По содержанию железа их подразделяют следующим образом:

а) богатые (55-67%) - шламы газоочисток мартеновских печей и печей электросталеплавильного производства, шламы конвертеров;

б) относительно богатые (40-55%) - шламы аглодоменного производства;

в) бедные (30-40%) -шламы жидких лигатур и производства кальцийсодержащих лигатур.

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к утилизации необходимо знать такие параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др.

Учитывая большие объемы образования отходов, необходима их классификация и кодировка. Рассмотрим принципы построения и структуру Государственного классификатора отходов ( далее КО) ДК 005-96 на примере такого вида отходов как шламы комбината.

Классификатор состоит из двух частей:

- классификации отходов (часть 1), образуемых в сырьевых, добывающих и обрабатывающих областях экономики (раздел А), а также специфических отходов, образуемых в сфере предоставления услуг (раздел Б);

- классификации услуг, связанных с отходами (часть 2, раздел В).

Он построен на единых основах с Классификацией видов экономической деятельности (КВЭД) и Государственным классификатором продукции и услуг (ГКПУ), особенностью которых есть классификация объектов по их происхожде-нию.

Под каталогом отходов понимается перечень видов отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков: по происхождению отхода, агрегатному состоянию, химическому составу, экологической опасности.

Вид отхода - совокупность отходов, которые имеют одинаковые классификационные признаки и по химическому составу соответствуют одному и тому же уровню экологической опасности (относятся к одному и тому же классу опасности), то есть имеют одинаковый шестизначный код.

Каталог отходов Российской Федерации имеет пять уровней классификации, расположенных по иерархическому принципу: блоки, группы, подгруппы, позиции, субпозиции.

Высшим уровнем классификации являются блоки, сформированные по признаку происхождения отходов:

отходы органические естественного происхождения (животного и растительного);

отходы минерального происхождения;

отходы химического происхождения;

отходы коммунальные (включая бытовые).

Каждый блок отходов того или иного происхождения заключает у себя группы, группы делятся на подгруппы, в каждой подгруппе выделяются позиции и соответствующие им субпозиции.

В основу выделения групп, подгрупп, позиций и субпозиций положены следующие признаки:

происхождение исходного сырья;

принадлежность к определённому производству, технологии;

химический состав;

агрегатное состояние и другие свойства.

Иерархически в каждом подразделении эти признаки раскрываются более широко (вот общего к частному).

Позиция несет у себя наиболее полную характеристику вида отходов в отличие от верхних уровней классификации.

Субпозиция заключает у себя информацию об экологической опасности конкретного вида отхода.

Название вида отхода присваивается с учетом его происхождения и химического состава.

Кодовая система каталога отходов вводится для формализации видов отходов, удобства передачи информации, ее обработки, сбора.

Кодирование отхода - технический прием, позволяющий представить классифицируемый объект в виде знака или группы знаков по правилам, установленным данной системой классификации. В каталоге отходов принято обозначение кода арабскими цифрами (в шестом разряде кода отхода могут быть и буквенные символы, используемые для обозначения некоторых видов опасности отхода). Коды блоков, групп, подгрупп, позиций и субпозиций взаимосвязаны. Структура кодового обозначения построена по десятичной системе и включает код блока, группы, подгруппы, позиции и субпозиции.

В настоящее время в Украине действуют следующие документы, регламентирующие определение класса опасности отходов:

1. Гігієнічні вимоги щодо поводження з промисловими відходами та визна-чення класу небезпеки для здоров'я населения. Державні санітарні правила та норми ДСанПіН 2.2.7.029-99. - Київ, 1999. - 40 с.

2. Временный классификатор токсичных промышленных отходов и методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов, утвержденный Минздравом СССР 13.05.87 №4286-87.

Согласно первому из перечисленных документов определено два пути полу-чения значения класса опасности промышленного отхода.

Во-первых, это экспериментальное определение величины LD50 в соответст-вии с ГОСТ 12.1.007-76 и по ней - класса опасности.

Во-вторых, расчетным методом, по физико-химическому составу отхода и LD5o или ПДК экзогенных соединений в грунте.

Данная классификация явилась логической основой для построения системы расчета и определения класса опасности промышленных отходов по рассматриваемой инструкции. К сожалению, система, построенная на идеологии и уровне знаний 70-х годов прошлого века, не учитывает целый ряд специфических особенностей промышленных токсикантов. Так, вещества, относящиеся к разряду ксенобиотиков - наиболее токсичные из известных человеку, находятся в одной категории с веществами, менее токсичными на несколько порядков. А именно, как можно рассматривать как принадлежащие к одному классу опасности полихлордибензодиоксины с минимальными действующими концентрациями порядка 10-6 мг/кг, требующие для достоверного определения в объектах применения специальной техники анализа и экстраординарных мер безопасности для работников лабораторий, и синильную кислоту с LD50 0,7 мг/кг, легко определяемую в диапазоне действующих концентраций даже классическими методами объемного анализа в условиях учебной лаборатории. Таким образом, использованный подход оказывается ограниченно применимым в области высокотоксичных объектов, обеспечивая в большинстве случаев излишне оптимистичную оценку.

Аналогичная ситуация наблюдается и в области малоопасных веществ. Принятое выражение порога >5000 аналогично привело к уравниванию веществ типа ди-метилсульфоксида, для которых не получено достоверное значение величины LD50 и веществ, с LD50 на уровне 5000 мг/кг. Кроме того, именно пороговое представление, некритично принятое в ДСанПіН 2.2.7.029-99 для характеристики крайних классов, приводит к невозможности корректного учета разбавляющего действия компонен-тов отходов 4 класса опасности.

Идеология боевой токсикологии, принятая в основу ДСанПіН 2.2.7.029-99, оставляет без рассмотрения исключительно важные для компонентов промышленных отходов эффекты кумуляции и хронической токсичности.

Методически, с точки зрения токсикологии боевых отравляющих веществ, верное выделение в качестве основной технологии экспериментального определе-ния LD50 следует признать малореальным для применения к промышленным отходам. Действительно, то, что применимо и рентабельно в отношении боевого отравляющего вещества со стоимостью разработки 1-10 млрд. долларов или перспективного фармакологического препарата с ожидаемым экономическим эффектом от внедрения на уровне 1-100 млрд. долларов (оценка экономической привлекательности по данным представителей фирмы Байер), не может быть применено к промышленным отходам. Следует признать, что ожидать массового применения процедуры экспериментального определения класса опасности отходов не приходится по причинам экономическим. Действительно, оценка процедуры только по затрачиваемым лабораторным животным и материалам приводит к цифрам на уровне от 5 до 10 ты-сяч гривен за одно значение, без учета накладных расходов и налоговых платежей. Кроме того, ограниченный круг аккредитованных в настоящее время организаций и значительные первоначальные затраты на создание токсикологических лабораторий, несомненно, подымут реальную цену намного выше.

Более приемлемое экономически определение оценочных значений токсичности на основе микробиологических объектов нормировано и допущено к использованию в Украине только для водных объектов. Безусловно, применимость такого подхода и соотношение полученных результатов с токсичностью для высших организмов будет предметом исследований еще длительное время, однако нет сомнений в большей доступности этого экспериментального метода по сравнению с классическим по ГОСТ 12.1.007-76 (по оценкам харьковского УкрНДШП, порядка 2000 грн за одно определение).

Положительная сторона экспериментальных методов - непосредственная возможность учета синергических эффектов при действии разнородных токсикантов, невозможная для расчетных методов.

Таким образом, основной методикой определения класса опасности промышленных отходов является расчетная. К сожалению, предложенная в инструкции расчетная методика не свободна от принципиальных недостатков. Понятно желание авторов как-то учесть большую опасность высокорастворимых веществ и веществ с высоким давлением пара, однако неудачная математически форма учета приводит к тому, что присутствие в образце исчезающе малого количества вещества с высокой растворимостью или высоким давлением пара может обеспечить неоправданно высокий класс опасности. Легко показать, что использование для анализа современных методов масс-спектрометрии с предварительным концентрированием, обеспечивающих по ряду элементов порог обнаружения на уровне кларков и ниже, может вполне легально привести к признанию любого образца относящимся к 1 классу опасности. Расчетная экстремальная зависимость класса опасности от концентрации ком-понентов для бинарной смеси близких по свойствам веществ с минимумом в области 50% не является оптимальной. Зачастую определяющим компонентом в расчете класса опасности оказывается не самый реально опасный, а просто содержащийся в концентрации выше 50%. К сожалению, цена этих недостаточно обоснованных и продуманных решений реально весьма высока.

Не урегулирован в инструкции и вопрос о преимущественном применении расчетной методики по ПДК в почве или LD50, что приводит к существованию для одного вещества двух классов опасности, один из которых, по ПДК в почве, вследствие весьма ограниченного набора исходных данных и условных способов выра-жения содержания активных компонентов, приводит к достаточно неочевидным результатам.

Хотелось бы отметить, что расчет класса опасности отхода по инструкции и в результате применения классификатора зачастую не совпадают. Обычно классифи-катор предлагает более низкий класс опасности.

Функционирование такого крупного металлургического комбината как ОАО "МК "Азовсталь" неизбежно связано со значительным негативным воздействием на окружающую среду. На долю предприятия приходится 8,75% образовавшихся за 2000 год в Донецкой области промышленных отходов. Большую долю отходов ОАО "МК "Азовсталь" составляют шлаки, пыли, шламы. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности (цементной, строительной, дорожной).

Отходы производства используется на самом предприятии, передаются другим предприятиям, вывозятся на заводскую свалку. К полностью используемым отходам относятся шлаки доменного, сталеплавильного и конвертерного производств, прокатная окалина, стружка цветных металлов и ряд пылей (колошниковая, извест-ковая). Сторонним организациям передается стружка цветных металлов, отработанные пластины аккумуляторов, нефтеотходы, часть известковой пыли, графитосодержащая пыль.

Переработка шлаков

Доменные шлаки перерабатываются в отделении шлакопереработки в состав которого входят участки гранулирования шлака, пемзы, минераловатных изделий, фракционированного и рядового щебня.

Конвертерные шлаки перерабатываются на участке переработки конвертерных шлаков с траншеями для жидкого и стылого шлака. В результате получают ря-довой щебень.

Сталеплавильные шлаки в основном используются в дорожном строительстве. На комбинате проведены работы по расширению области их применения. В итоге были разработан способ производства щебня из сталеплавильных шлаков в качестве материала для гидротехнических сооружений, в частности дамб шлако- и золонакопителя.

Мартеновские шлаки комбината "Азовсталь" из-за повышенного содержания фосфора перерабатываются в специализированном шлакопомольном отделении мартеновского цеха (ШПО), имеющем в своем составе участок производства рядового щебня и участок помола шлака для производства удобрений и абразивного по-рошка.

Так как в настоящее время сократилась потребность организаций в продукции, получаемой из доменных и сталеплавильных шлаков (использование доменных шлаков в 1998г. составило порядка 40%, а сталеплавильных - 13,4% от образо-вавшегося за год) нереализованные шлаки уже несколько последних лет накапли-ваются на территории комбината. Согласно разработанному рабочему проекту "Защитная дамба для засыпки прибрежной зоны производственным мусором завода" с 1997 года начато складирование шлаков на площади, огражденной дамбой.

Электросталеплавильные шлаки в виде шлаковых шапок собираются в контейнеры в цехе, а затем передаются в отделение шлакопереработки доменного цеха для дробления и далее в мартеновский цех для обработки мартеновской стали в ко-вше. До 30% шлака остается в электросталеплавильном цехе для приготовления флюса после дробления в специальной дробилке.

На участке переработки конвертерных шлаков накапливается сварочный шлак, полученный в нагревательных колодцах блюминга. Из-за низкой температуры плавления, высокого содержания FeO данный шлак после дробления на дробильно-сортировочных узлах отделения переработки шлаков доменного цеха отгружается в виде щебня в доменный цех, где используется для удаления настылей доменных печей.

Сварочный шлак, образующийся при нагреве металла в обжимном цехе, сливается в шлаковни и отправляется в отделение шлакопереработки доменного цеха, а затем в доменный цех в качестве сырья для производства, что позволило в 1998г. высвободить около 6,0тыс. тонн агломерата, сэкономив 571,4тыс. грн.

Сваршлаки других прокатных цехов вместе с окалиной передаются в сталеплавильные цеха.

Переработка и утилизация шламов

Большинство отходов черной металлургии требуют специальной подготовки для придания им свойств и характеристик, удовлетворяющих требованиям различных отраслей промышленности. Это особенно характерно для шламов, требующих многоступенчатой подготовки перед использованием. Но, к сожалению, большая часть образующихся на предприятии шламов поступает в шламонакопитель.

Жидкотекущие шламы газоочисток аглогазов и образующиеся при грохочении известняка агломерационного производства, шламы мокрых пылеуловителей, уста-новленных за межконусным пространством, второй ступенью очистки доменного газа, аспирационных систем скиповых ям и разливочных машин чугуна в доменном цехе по системе водоснабжения газоочисток доменного цеха поступают в шламонакопитель.

В газоочистках конвертеров образуется жидкотекучий шлам, который посту-пает в блок очистных сооружений отделения утилизации железосодержащих шла-мов (ОУЖШ) ККЦ. Жидкотекучий шлам подают по шламопроводам в камеру дегазации, где оса-ждаются крупные фракции. Затем крупнофракционная часть по лотку поступает в двухсекционный горизонтальный отстойник. После заполнения секции отстойника, шлам из нее грейферным краном перегружают в бункер обезвоживания отстойника, куда загружают отсев извести фракции 0-10 мм и перемешивают.

Смесь крупного шлама с известью направляют автосамосвалами к бункеру шлама из фильтр-прессов и затем железнодорожным транспортом железосодержащие шламы отправляют на рудный двор для закладки в штабель рудной смеси и утилизации в аглошихте. Мелкофракционная часть жидкотекучих шламов из верхней части камеры дегазации поступает в гидроциклоны-флокуляторы (сюда же по-дают сточные воды горизонтального отстойника) для осаждения мелких частиц. Осадок подают в радиальные сгустители, а затем сгущенная пульпа поступает на фильтр-прессы, где обезвоживается и транспортером загружается в бункер, откуда грейферным краном загружается в вагоны и отправляется на рудный двор для утилизации в аглошихте. Всего на рудный двор для закладки в штабель рудной смеси и дальнейшей утилизации в аглошихте было отправлено в 1998г. из ОУЖШ 5079 т железосодержащих шламов, что позволило высвободить 39,5 тонн аглоруды, что составило экономию 3132,4 тыс. грн. Кроме железосодержащих шламов ККЦ и окалины прокатного производства полностью утилизируется в агломерационном отделении колошниковая пыль, улавливаемая первой ступенью сухих пылеуловителей доменного газа. Колошниковая пыль периодически выгружается из бункеров газоочисток доменного цеха и отправляется на рудный двор, где ее закладывают в штабель рудной смеси агломерационного отделения.

В электросталеплавильном цехе после очистки печей электрошлакового переплава ЭШП20ВГ-И2 и флюсоплавильных ОКБ-1449 в турбулентном промывателе, орошаемом известковым раствором, образуется так же жидкотекущий шлам. Из циркуляционного сборника газоочистки шлам по лотку поступает в шламопровод доменного цеха и направляется затем в шламонакопитель. Причиной такого положения со шламами мокрых газоочисток перечисленных выше производств является отсутствие на комбинате систем замкнутого водоснабжения газоочисток и отсутствие автономных систем обезвоживания шламов. Для утилизации 250-300 тыс. тонн железосодержащих шламов "Азовгипромезом" по заданию комбината разработана рабочая документация на строительство оборотного цикла аглофабрики и доменного цеха, которая включает строительство корпуса обезвоживания шламов (КОШ).

В связи с возникшими в последнее время экономическими трудностями строительство этих сооружений в ближайшее время не представляется возможным.

В настоящее время цехом водоснабжения осуществляется упрощенная схема обезвоживания части этих шламов, заключающаяся в том, что смешанные шламы мокрых газоочисток откачиваются земснарядом на берег пшамонакопителя, где подсушиваются на солнце. Для уменьшения влажности вынутого шлама подмешивается пыль известняка с аглофабрики. Полученная таким образом смесь шламов направляется на утилиза-цию в аглопроизводство, а также продается ОАО Мариупольскому комбинату им.Ильича. Окалина, ссыпающаяся с металла, в момент его проката, смывается водой, охлаждающей валки, и вместе с ней и смазочными маслами подшипников валков смывается в багерные ямы для отстоя, образуя шлам окалины, который для его полной утилизации передается на аглофабрику предприятия. Применение 88,2 тыс. тонн окалины в качестве сырья в аглопроцессе позволило в 1998г. высвободить руды мартеновской около 63,3 тыс. тонн, что составило экономию 4800,7 тыс. грн. и аглоруды соответственно - 32,8 тыс. тонн и 2601,0 тыс. грн.

Переработка пылей

В 1998г. применение в качестве сырья 130,6 тыс. тонн колошниковой пыли позволило высвободить 93,4 тыс. тонн аглоруды, что составило экономию 7406,6 тыс. грн.

Аналогично в агломерационном отделении проходит процесс утилизации пыли зачистки слитков ЭСПЦ и аспирационных систем скиповых ям доменного цеха, только часть пыли аспирационных систем скиповых ям в настоящее время направляется в шламонакопитель.

Мельницы грубого и тонкого помола шлакопомольного отделения мартеновского цеха подключены к аспирационным системам, состоящим из групповых циклонов типа ЦН-15 и рукавных фильтров типа РФГ и СМЦ. Уловленная пыль возвращается в производство. Количество уловленной пыли в 1998г. составило около 526 тонн.

Полностью возвращаются в производство пыли торкрет-массы и шлакообразующей смеси. С вводом этой установки полностью решается вопрос утилизации этих отходов. В известково-обжигательном отделении ККЦ в настоящее время эксплуатируются четыре шахтных печи, известь из которых используется в мартеновском производстве. Пыль, уловленная в газоочистках шахтных печей и аспирационных системах сортировок, отгрузочных бункеров возвращается в производство.

ВЫВОДЫ