Экологические проблемы химического производства
материал

Доклад

Экологические проблемы химического  производства

Учитель химии и биологии

МБОУ СОШ с. Фащевка

Матыцина Н.Н.

2022г., август

Химическая промышленность имеет и свой главный плюс — это возможность получать уникальные виды сырья, не существующие в природе. Не будь химической промышленности, не было бы разнообразия пластмассовых изделий, бытовой химии, облегчающей мытье посуды и стирки, материалов, позволяющих сделать ремонт в доме. Большая часть привычных вещей была получена в результате химической переработки.

Но экологические проблемы химической промышленности несут в себе одно очень неприятное свойство. В результате производства этой отрасли хозяйственной деятельности человека появляются или синтезируются вещества, которые на 100% искусственные и не являются пищей для какого-либо организма на Земле. Они не входят в пищевую цепочку, а, значит, не перерабатываются естественным путем. Они могут либо накапливаться, либо утилизироваться или перерабатываться тем же искусственным промышленным способом. На сегодняшний день их переработка существенным образом отстает от выработки и накопления. И это главная экологическая проблема.

Химическая и нефтехимическая промышленность — один из главных источников загрязнения, так как в процессе производства осуществляются выбросы, влияющие на качество воздуха, воду, почву. Они будут увеличиваться, если размещать оборудование на открытых площадках. Токсичные вещества начинают скапливаться около источника, потому что температура окружающей среды, промышленных выбросов не особо отличается друг от друга.

Помимо загрязненного воздуха, не менее опасными являются сточные воды, так как они содержат различные кислоты, щелочи, органические вещества, также причиняющие вред окружающей среде.

История возникновения.

Первыми предприятиями, с которых началось рождение новой отрасли – химической, стали заводы по производству серной кислоты в 1736 году в Великобритании и в 1766 году во Франции, а затем по производству кальцинированной соды. В середине XIX века химическая промышленность стала выпускать искусственные минеральные удобрения для сельского хозяйства, пластмассу, синтетический каучук и искусственные волокна.

Химическая промышленность имеет свои под отрасли: неорганическая и органическая химия, керамика, нефте- и агрохимия, полимеры, эластомеры, взрывчатые вещества, фармацевтическая химия и парфюмерия. Основные производимые ею продукты: аммиак, кислоты и щелочи, минеральные удобрения, сода, хлор, спирты, углеводороды, красители, смолы, пластмассы, синтетические волокна, бытовая химия и многое другое.

Крупнейшие химические предприятия мира: BASF (БИ Эй ЭС ЭФ)AG  (Германия), BayerAG (Германия), ShellChemicals (ШЕЛ КЕМИКАЛС) (Голландия и Великобритания), INEOS  Инеос)(Великобритания) и DowChemicals (США).(Дау КЕМИКАЛС)

Источники загрязнения

Проблемы химической промышленности, связанные с экологией не только в выпускаемой продукции, но и в отходах и вредных выбросах, возникающих в процессе и результате производства.

Эти вещества вторичные или побочные продукты, но самостоятельные и, возможно, основные источники загрязнения окружающей среды.

Выбросы и отходы химического производства в основном смеси, и потому качественная их очистка или утилизация затруднительны. Это углекислый газ, оксиды азота и серы, фенолы, спирты, эфиры, фториды, аммиак, нефтяные газы и другие, опасные и отравляющие вещества. Кроме того, химическая промышленность выпускает и сами отравляющие вещества. Не только для сельскохозяйственных нужд, но и для вооруженных сил, хранение и утилизация которых требует особого режима.

Технология химического производства нуждается в повышенном потреблении воды. Она здесь используется для различных нужд, но после использования в достаточной степени не очищается и в виде стоков попадает обратно в реки и водоемы.

Внесение минеральных удобрений и веществ по защите растений при проведении сельскохозяйственных работ само по себе негативно воздействует на состав, структуру и связи, сложившейся на данной территории биосистемы. Угнетаются одни виды растительного и животного мира и, в то же время стимулируется рост и размножение других, часто ей несвойственных. Часть остатков отравляющих веществ проникает вглубь почвы и негативно влияет на более глубокие слои земли и на грунтовые воды. Другая часть с талыми снегами и осадками, смываются с поверхности пахоты и попадают в реки и водоемы, где воздействуют на почвы и растительный мир уже других регионов.

Объекты химической промышленности вызывают экологические проблемы. Это связано с технологией производства и с токсичностью некоторых веществ для природы и человека. Остатки переработки сбрасывают на отвальные площадки и полигоны. Опасные компоненты попадают в почву во время ветровой и водной эрозии.

Неконтролируемый выброс элементов возникает при авариях. Классический пример — катастрофа на АЭС в Чернобыле. Ее последствия до сих пор оказывают неблагоприятное влияние на людей.

Среди основных токсичных истоков химического производства выделяют такие:

• оксид азота;
• растворители органического происхождения;
• соединения серы, железа, фосфора;
• хлор и производные;
• ртуть и другие.

Важно! У многих компаний нет должного финансирования для внедрения контроля безопасности при производстве товаров химической промышленности.

К наиболее опасным химическим производствам относят:

• заводы по изготовлению искусственного волокна;
• предприятия по производству кислот и удобрений;
• объекты целлюлозно-бумажной промышленности;
• нефте – и  коксохимические производства;

• электрохимические процессы: производство алюминия и подобное;
• получение ПАВ и других реагентов;
• жидкие и растворимые в воде загрязнители;
• заводы сернокислотного производства.

Отходы химической промышленности

Отходы химической промышленности — материалы, содержащие вредные вещества, несущие угрозу для человеческого здоровья. Сюда относятся остаточные изделия при производстве. Это могут быть вредные составы топлива, пыль, шлаки, зола. Сейчас промышленность занимается переработкой большого объема сырья, после которого остаются отходы, потенциально вредные для здоровья, окружающей среды.

Выделяют следующие классы опасности отходов:

• Чрезвычайно опасные (1 класс): отходы мышьяка, ртути, асбестовая пыль;
• Высоко опасные (2 класс): свинцовые аккумуляторы, остатки нефтепродуктов, серная кислота;
• Умеренно опасные (3 класс): ацетон, песок, загрязненный бензином,
• Малоопасные (4 класс): пыль металлов, бумажные отходы, отработанные покрышки.

Стоит также проблема невозможности переработки некоторых изделий, после этого они скапливаются на мусорных полигонах и разлагаются более 50-100 лет. Поэтому сейчас очень актуальна идея сортировки мусора, отходов с целью их дальнейшей переработки. Это поможет сохранить природный ландшафт и получить в результате переработки новые изделия, которые можно будет использовать неоднократно.

Важно!!!

Сейчас утилизацией отходов могут заниматься только те предприятия, которые имеют на это разрешение.

Из-за многообразия видов химической продукции сложно выделить один способ утилизации. Эту проблему также активно рассматривают на выставках, где специалисты из разных стран делятся своим опытом и технологиями.

Оценка опасности веществ

Деление на классы позволяет выявить факторы, влияющие на окружающую среду и классифицировать опасные вещества по периодам восстановления окружающей среды. Чрезвычайно опасные (1 класс) вещества оцениваются, как невозможные к восстановлению окружающей среды  и носящие высокую опасность.

Второй класс веществ несет высокую опасность для окружающей среды и может восстанавливаться не менее тридцати лет. Третий класс веществ имеет среднюю степень воздействия на природу, и она восстанавливается не менее десяти лет. Четвертый класс веществ несет низкую опасность и восстановление длится  не менее трех лет.

При оценке особо опасных веществ выделяют такие параметры:

1. Токсичность. Ее уровень устанавливают в специальных лабораториях, проводят опыты на животных.
2. Способность компонентов вызывать раковые опухоли.
3. Скорость выведения из организма человека.
4. Способность накапливаться в слоях оболочек планеты.
5. Влияние на молекулярном уровне, вызывание мутаций.
6. Минимальные концентрации веществ, превышение которых делает их опасными.

При наличии у вещества хотя бы одного из перечисленных свойств, его относят к опасным соединениям. Если есть два, три и больше параметров - к особо опасным.

Так, при производстве серной кислоты 

создается немало экологических проблем – на I стадии это потери сырья при добыче, транспортировке, хранении, и переработке. Далее продукты промежуточных реакций SO2 и SO3, при попадании в атмосферу вызывают образование кислотных дождей, которые ведут к гибели растительности, возникновению респираторных заболеваний у животных и человека.

При производстве азотсодержащих веществ: 

Из системы продувки, регенерации и конверсии газов при операциях переливания готовой продукции выделяются в атмосферу оксиды углерода, аммиак и метан. Удельные выбросы от производства аммиака составляют, продукции: аммиака – 100 кг/т, метана – 45 кг/т; а от производства с абсорбером оксидов углерода и системой регенерации выбросы составляют: оксида углерода (II) – 100, аммиака – 105, метана – 45.

Уменьшение этих выбросов достигается за счет внедрения новых мощных агрегатов синтеза (400—500 тыс. т/год), применения продувочных газов в производстве и сжигания на свече, использования оксида углерода (IV) для синтеза карбамида (мочевины). Мочевина применяется для нужд животноводства, в качестве удобрения, а также для синтеза других органических соединений. Применение двухступенчатых орошаемых скрубберов (устройства, используемые для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах) позволяет обеспечить эффективность очистки до 99 %.

Оксиды азота очень опасны для любых живых организмов. Некоторые растения повреждаются уже через 1 ч пребывания в атмосфере, содержащей 1 мг оксидов в 1 м3 воздуха.

Действие оксида и диоксида азота оценивают совместно, так как в атмосфере эти газы встречаются только вместе. Оксиды азота вызывают воспаление верхних дыхательных путей, бронхит, отек легких, врожденные аномалии, сердечную недостаточность, нервные расстройства, рак.

 Добыча и переработка углеводородов.

Основными причинами загрязнения окружающей среды нефтехимическими производствами являются: недостаточная герметичность коммуникаций, сальникового уплотнения насосов, не плотности во фланцевых соединениях (плоская деталь квадратной, круглой или иной формы с отверстиями для болтов или шпилек, служащая для прочного и герметичного соединения труб, трубопроводной арматуры, присоединения труб друг к другу, к машинам, аппаратам и ёмкостям; для соединения валов и других вращающихся деталей), периодичность процессов и ручных операций, аппараты, работающие под избыточным давлением с подогревом используемого исходного сырья, неудовлетворительная планировка зданий, малая эффективность средств очистки. Методы переработки нефти делятся на первичные и вторичные. Первичные представляют собой физические методы разделения нефти, основанные на разных температурных интервалах кипения ее отдельных фракций – прямая перегонка. Вторичные – химические методы, предусматривающие полное преобразование нефтяного сырья в результате глубоких структурных превращений углеводородов под воздействием повышенных температур и давления с использованием катализаторов. Это различные виды крекинга и риформинга нефтепродуктов.

В добываемом сырье высокая концентрация углеводородов ароматической группы, поэтому  горение факелов выбрасывает в атмосферу большие количества таких химических веществ, как бензол, толуол, фенол и ксилолы.

Эти вещества (особенно бензол, который имеет второй класс опасности) весьма токсичны. К примеру, бензольные пары в высокой концентрации наркотически воздействуют на человеческий организм, вредят нервной системе, раздражают кожные покровы и слизистые оболочки.

Тяжелые металлы, которые присутствуют в факельных выбросах – это ванадий и никель.

Например, вдыхание ванадиевой пыли, даже если самого металла в ней немного, вызывает раздражение и хрипы в легких, появляется кашель, боли в груди, першение в горле и насморк. В некоторых случаях может наступить удушье, кожа бледнеет, язык становится зеленым. Стоит сказать, что эти симптомы достаточно быстро пропадают после того, как человек перестает дышать вредным воздухом.

Производство стройматериалов.

При решении экологической проблемы основным направлением является использование в качестве сырья для промышленности строительных материалов отходов горнодобывающих и перерабатывающих отраслей. По ориентировочным подсчётам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т горных отвалов, включающих все основные компоненты сырья, используемого в производстве стройматериалов. Находят же применение лишь 6-7%, причём большая часть – для планировки территорий, подсыпки дорог и в значительно меньшем объёме – для производства строительной керамики и других стройматериалов.

Только доменные шлаки широко используются  в производстве строительных материалов. Из 37 млн. т образующихся доменных шлаков (14  млн. т поступали в отвалы) 26 млн. т гранулировались и основная масса использовалась для производства шлакопортландцемента, 6 млн. т перерабатывалось в шлаковую пемзу, шлакоблоки, минеральную вату, щебень и другие материалы и около 5 млн. т передавалось строительным и другим организациям для непосредственного (без предварительной обработки) использования в качестве добавки к бетону, для теплоизоляционных засыпок, для устройства основания дорог, производства местного вяжущего компонента  и т.д.

По оценке научно-исследовательских институтов около 67% вскрышных пород (покрывающие и вмещающие полезное ископаемое) пригодны для производства строительных материалов. Из этого количества отходов для производства щебня пригодно 30%, цемента – 24%, керамических материалов – 16% и силикатных – 10%.

В целом же промышленность строительных материалов, как никакая другая отрасль, может и должна организовать свою сырьевую базу за счёт отходов горнодобывающих и перерабатывающих отраслей народного хозяйства. А пока использование вскрышных пород не превышает 8% (хотя и в этом случае экономический эффект от их реализации ежегодно увеличивается).

Пути решения экологических проблем химической промышленности

Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО- 22 августа 2012 года) нанесло сильный удар по химической промышленности:

• Выявлены проблемы несоответствия международным экологическим стандартам, что влечет за собой риск закрытия многих заводов.
• Приняты решения по усилению безопасности на производстве и внедрению экологических технологий.

Для этого в Москве ежегодно проводятся выставки с целью обмена опытом. Выставки проводятся не только для химиков. В них участвуют представители разных профессий, заинтересованные в решении экологических проблем.

Основные проблемы химического комплекса РФ:

1. Сильный износ производственных мощностей химического комплекса.
   Прослеживается сопоставимость сырьевых цен на внутреннем рынке с мировыми. Российский химический комплекс характеризуется зависимостью стратегических отраслей от импортного сырья.
2. Отсутствие необходимого ассортимента сырья, высокие цены.

Загруженность предприятий химической и нефтехимической продукции составляет порядка 80-90 %, что является высоким показателем и способствует быстрому износу. Помимо этого, стоит отметить, что основная часть оборудования предприятий химической промышленности было введено в эксплуатацию 60-80 лет назад, и требует модернизации или утилизации.

Однако для консервации и вывода из производства также необходимы значительные инвестиции на рекультивацию и обеспечение экологической безопасности.

3. Неэффективная внешнеторговая политика.

Текущая ситуация такова, что а структуре экспорта химической отрасли превалирует продукция низкой и средней степени передела, однако импорт более многообразен и в нем преобладают товары высокого технологического передела.

Сильное влияние на экспорт химической продукции из РФ оказывают антидемпинговые и протекционистские меры ряда стран (США, ЕС, Китай, Индия, Мексика, Бразилия, Филиппины, Австралия и Индонезия).

4. Плачевное состояние кадрового, научного и технологического потенциала химической промышленности.

Научная отсталость: Затраты на НИОКР в сотни раз меньше показателей развитых стран, разрушена материально-техническая база большинства организаций, занимающихся фундаментальными и прикладными исследованиями.

Российские же предприятия не проявляют интереса к науке, предпочитая импорт технологий, так как это более быстрый способ усовершенствования производства.

Кадровый дефицит: Количество новых специалистов химического профиля быстро сокращается, произошла значительная утечка научных кадров, разрушена система подготовки и переподготовки кадров для химического комплекса. В течение длительного времени использовался кадровый резерв квалифицированных рабочих и инженерно-технических специалистов, созданный более 20 лет назад.

5. Высокие цены на ж/д перевозки и электроэнергию.
   Стоимость электроэнергии в России и тарифы на железнодорожные перевозки грузов выше, чем у мировых лидеров, и продолжают расти.
6. Неэффективность государственного регулирования, отсталость контроля качества и систем стандартов химической продукции.
   Отраслевые стандарты либо устарели, либо отсутствуют в принципе. Государственное регулирование характеризуется следующими факторами: импортные пошлины препятствуют развитию производств химической продукции высоких переделов, неэффективная система правового регулирования в области проектирования и строительстве новых производств, высокие арендные ставки, ограничение доступа к современным зарубежным технологиям, отсутствие стимулирования деятельности предприятий по энергосбережению, увеличению глубины переработки сырья, экологии.
7. Недостаточная емкость внутреннего рынка.
   Существенное отставание от развитых стран по показателям удельного производство и потребления химических продуктов на душу населения в России. Неразвитый внутренний спрос на химическую продукцию создает ограничения на масштаб создаваемых химических предприятий.
8. Неэффективный инвестиционный процесс и высокая налоговая нагрузка.
   Основная часть действующих российских химических компаний вынуждено направлять большую часть прибыли на восполнение недостатка оборотных средств и ремонт оборудования. Условия финансово-кредитной системы, как правило, ставят российские компании на грань нулевой рентабельности или убыточности, а интерес иностранных инвесторов к химической промышленности предсказуемо низкий.
9. Неэффективность логистической, инженерной и социальной инфраструктуры.
   Основной проблемой логистики является ограниченная пропускная способность, недостаток собственных портов. В настоящее время используются порты Эстонии, Латвии и Украины. Основные места добычи нефти и газа расположены в труднодоступных регионах страны, что создает климатические, транспортные и социальные сложности создания сетей сбора и отгрузки углеводородов. При строительстве производственных объектов возникает необходимость самостоятельного развития инженерной и социальной инфраструктуры.
10. Дефицит конкурентоспособного химического оборудования, низкий уровень автоматизации производств.
    Значительная часть химического оборудования выпускает продукцию, не соответствующую международным стандартам. Оборудование российских компаний не отвечает современным требованиям качества, не имеет сертификатов безопасности, систем сервиса и эксплуатационного обслуживания. Импортные технологии являются дорогостоящими и часто недоступны.
11. Низкая эффективность при осуществлении госзакупок.
12. Отсталость в секторах высокотехнологичных химических продуктов.
    Отечественные производители давно не выдерживают конкурентной борьбы с зарубежными производителями. Экспортноориентированное производство, заинтересованное в получении легкой прибыли, создает технологическую отсталость и сдерживают развитие высокотехнологичных продуктов. К примеру, выпуск некоторых видов полимерных материалов, каучуков специального назначения, клеев, герметиков практически прекратилось. На грани закрытия находится производство всех углеродных материалов. В критическом положении также находятся такие производства, как углеродные, волокна, теплостойкие органические стекла; термостойкие элементоорганические олигомеры, наполнители и пигменты.
13. Инновационная пассивность предприятий химического комплекса.
    Доля инновационно-активных предприятий в химическом отрасли России значительно ниже этого показателя в общем числе иностранных промышленных предприятий (25-26% против 33-65%).

Основные проблемы химической промышленности

К факторам, которые сдерживают развитие отрасли, относят:

• преобладание предприятий, производящих кислоты, щелочи, удобрения;
• слабое наращивание мощностей полимерных материалов, продуктов бытовой и тонкой химии, химии органического синтеза;
• значительный возраст, изношенность основных средств на предприятиях;
• недостаточное качество продуктов, которые не соответствуют международным стандартам;
• минимальную переработку вторичных продуктов, сырья;
• экологическую опасность нефтепродуктов, полимеров, щелочей, кислот, минеральных удобрений;
• накопление и утилизация промышленного мусора.

Ежегодно компании отрасли вырабатывают 14,0 млн. тонн ядовитых отбросов (без учета 5 класса опасности отходов). Обезвреживается только 20%. Остальные отбросы накапливаются, загрязняя природу, нанося непоправимый вред растительному и животному миру.

Перспективы химической промышленности

Для развития подотраслей необходимо:

1. Внедрение энерго- и материалосберегающих технологий. Использование передовых разработок зарубежных, отечественных исследователей.
2. Снижение материалоемкости.
3. Повышение доли продукции комплексной переработки с извлечением ценных ингредиентов исходного сырья.
4. Эффективное использование газа. Переработка минерально-сырьевых ресурсов, углеводородов с применением научных разработок.
5. Применение нанотехнологий для получения сверхпрочных, химически термостойких материалов с новыми характеристиками.
6. Внедрение на предприятиях безотходных процессов, минимизация производственных операций и глубокий передел сырьевых ресурсов.
7. Использование передового оборудования при технической реконструкции и перевооружении. Строительство новых передовых компаний.

Пути решения проблем за высокотехнологичными научными разработками. Они позволят на базе ресурсосберегающих, экологически чистых технологий производить материалы с применением углеводородного сырья.

 Важно!

Площадь загрязнения нефтехимическими производствами может быть до 20 км от источника выбросов. Объем выбросов зависит в первую очередь от мощности технологического оборудования и его качества, а также от систем очистки воды, отработанных газов и систем утилизации отходов.

Липецкая область – динамично развивающийся, перспективный субъект Российской Федерации. Развитие сельскохозяйственного сектора, особых экономических зон федерального и регионального уровня, производство миллионов тонн стали ПАО «НЛМК», наличие одной из самых загруженных автодорог России М-4 «Дон» сопровождаются увеличением техногенной нагрузки на природную среду. В целях обеспечения экологической безопасности, соблюдения баланса между социально-экономическим развитием, качеством окружающей среды и сохранением природных ресурсов в Липецкой области государственное управление охраной окружающей среды осуществляет отраслевой исполнительный орган государственной власти - управление экологии и природных ресурсов Липецкой области.

В результате большой целенаправленной работы, благодаря принятым мерам и решению поставленных задач, несмотря на расширение мощностей производственных объектов и рост количества автотранспортных средств, на протяжении последних лет наблюдается стабильное улучшение качества окружающей среды на территории города Липецка.

За последние 5 лет  комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА) в городе Липецке снизился более чем в 7 раз. Данный показатель соответствует городам, не имеющим промышленных предприятий.

Мониторинг атмосферного воздуха Липецкой области осуществляется круглосуточно химлабораторией Липецкого ЦГМС - филиала ФГБУ «Центрально-Черноземное УГМС» и экологической лабораторией ОКУ «Гидротехнические комплексы» на 10 постах наблюдения. Такая развитая сеть мониторинга определена близостью ПАО «НЛМК» и ОЭЗ «Липецк». Территориальная (областная) сеть мониторинга атмосферного воздуха включает стационарные посты, расположенные в городах Липецк, Елец, Грязи и в поселке Матырский. На постах состояние атмосферного воздуха изучается по 8 определяемым химическим веществам и уровню радиационного гамма-фона.

Наряду с этим, в регионе ведется наблюдение за качеством атмосферного воздуха в жилой зоне, под факелами промышленных предприятий, а также оценивается степень влияния выбросов автотранспорта на загрязнение атмосферы передвижной экологической лабораторией ОКУ «Гидротехнические комплексы» и лабораторией ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Липецкой области».

Одной из главных составляющих формирования экологической обстановки является качество атмосферного воздуха. С 2017 году региональная система мониторинга атмосферного воздуха расширена. Данные о состоянии воздушной среды специалисты получают в режиме онлайн с передвижного поста. Ведется масштабная работа по включению в региональную сеть мониторинга данных, полученных от наиболее крупных промышленных предприятий также в режиме реального времени.

Заключение 

Решение экологической  проблемы химического производства является сложной и важной задачей, поэтому в ней должны принять участие как предприятия, так и государство и общество и конечно, преподаватели на уроках химии. Пусть и для этого у нас на уроке найдется время и место!