مقتبس من برنامج الأمم المتحدة للبيئة ومعهد الدراسات الدولية 1997 ومقال غير منشور بقلم جيري شبيغل.

نظرًا للحجم الهائل لعملياتها وتعقيدها واستخدامها المكثف للطاقة والمواد الخام ، فإن صناعة الحديد والصلب ، مثل الصناعات "الثقيلة" الأخرى ، لديها القدرة على إحداث تأثير كبير على البيئة وسكان المجتمعات المجاورة . يلخص الشكل 1 الملوثات والنفايات الناتجة عن عمليات الإنتاج الرئيسية. وهي تتألف من ثلاث فئات أساسية: ملوثات الهواء ، وملوثات مياه الصرف الصحي والنفايات الصلبة.

الشكل 1. مخطط تدفق الملوثات والنفايات الناتجة عن عمليات مختلفة

تاريخيًا ، ركزت التحقيقات المتعلقة بتأثير صناعة الحديد والصلب على الصحة العامة على الآثار الموضعية في المناطق المحلية المكتظة بالسكان التي يتركز فيها إنتاج الصلب ، وخاصة في مناطق محددة حيث شهدت نوبات تلوث الهواء الحادة ، مثل وديان دونورا وميوز ، والمثلث بين بولندا وتشيكوسلوفاكيا السابقة وجمهورية ألمانيا الديمقراطية السابقة (منظمة الصحة العالمية 1992).

ملوثات الهواء

لطالما كانت ملوثات الهواء الناتجة عن عمليات صناعة الحديد والصلب مصدر قلق بيئي على مر التاريخ. وتشمل هذه الملوثات المواد الغازية مثل أكاسيد الكبريت وثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون. بالإضافة إلى ذلك ، كانت الجسيمات مثل السخام والغبار ، والتي قد تحتوي على أكاسيد الحديد ، هي محور الضوابط. كانت الانبعاثات من أفران فحم الكوك ومن مصانع المنتجات الثانوية لأفران فحم الكوك مصدر قلق ، لكن التحسينات المستمرة في تكنولوجيا صناعة الفولاذ والتحكم في الانبعاثات خلال العقدين الماضيين ، إلى جانب اللوائح الحكومية الأكثر صرامة ، قللت بشكل كبير من هذه الانبعاثات في أمريكا الشمالية وأوروبا الغربية واليابان. تم تقدير إجمالي تكاليف مكافحة التلوث ، والتي يتعلق أكثر من نصفها بانبعاثات الهواء ، بما يتراوح بين 1 و 3٪ من إجمالي تكاليف الإنتاج ؛ تمثل منشآت التحكم في تلوث الهواء ما يقرب من 10 إلى 20٪ من إجمالي استثمارات المصانع. هذه التكاليف تخلق حاجزًا أمام التطبيق العالمي لأحدث الضوابط في البلدان النامية وللمؤسسات الأقدم والمهمشة اقتصاديًا.

تختلف ملوثات الهواء باختلاف العملية المعينة وهندسة وتشييد المصنع والمواد الخام المستخدمة ومصادر وكميات الطاقة المطلوبة ومدى إعادة تدوير منتجات النفايات في العملية وكفاءة ضوابط التلوث. على سبيل المثال ، سمح إدخال صناعة الصلب بالأكسجين الأساسي بجمع وإعادة تدوير غازات العادم بطريقة خاضعة للرقابة ، مما يقلل من الكميات التي سيتم استنفادها ، بينما أدى استخدام عملية الصب المستمر إلى تقليل استهلاك الطاقة ، مما أدى إلى تقليل الانبعاثات. أدى هذا إلى زيادة إنتاجية المنتج وتحسين الجودة.

ثاني أكسيد الكبريت

تعتمد كمية ثاني أكسيد الكبريت ، التي تتكون بشكل كبير في عمليات الاحتراق ، بشكل أساسي على محتوى الكبريت في الوقود الأحفوري المستخدم. يعتبر كل من فحم الكوك وغاز فحم الكوك المستخدم كوقود من المصادر الرئيسية لثاني أكسيد الكبريت. في الغلاف الجوي ، قد يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع جذور الأكسجين والماء لتكوين هباء حمض الكبريتيك ، وبالاقتران مع الأمونيا ، قد يشكل هباءًا من كبريتات الأمونيوم. الآثار الصحية المنسوبة إلى أكاسيد الكبريت لا ترجع فقط إلى ثاني أكسيد الكبريت ولكن أيضًا إلى ميلها إلى تكوين مثل هذه الهباء الجوي القابل للتنفس. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتم امتصاص ثاني أكسيد الكبريت على جسيمات ، يكون العديد منها في النطاق القابل للتنفس. يمكن تقليل التعرضات المحتملة ليس فقط باستخدام أنواع الوقود ذات المحتوى المنخفض من الكبريت ولكن أيضًا عن طريق تقليل تركيز الجسيمات. أدى الاستخدام المتزايد للأفران الكهربائية إلى تقليل انبعاث أكاسيد الكبريت من خلال القضاء على الحاجة إلى فحم الكوك ، ولكن هذا نقل عبء التحكم في التلوث إلى المحطات التي تولد الكهرباء. تتم إزالة الكبريت من غاز أفران الكوك عن طريق إزالة مركبات الكبريت المختزلة ، وبشكل أساسي كبريتيد الهيدروجين ، قبل الاحتراق.

أكاسيد النيتروجين

مثل أكاسيد الكبريت ، تتشكل أكاسيد النيتروجين ، وبشكل أساسي أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين ، في عمليات احتراق الوقود. تتفاعل مع الأكسجين والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) في وجود الأشعة فوق البنفسجية (UV) لتكوين الأوزون. كما أنها تتحد مع الماء لتكوين حمض النيتريك ، والذي يتحد بدوره مع الأمونيا لتكوين نترات الأمونيوم. قد تشكل هذه أيضًا هباءً قابلًا للاستنشاق يمكن إزالته من الغلاف الجوي من خلال الترسيب الرطب أو الجاف.

الجسيمات المسألة

المادة الجسيمية ، الشكل الأكثر وضوحًا للتلوث ، هي مزيج متنوع ومعقد من المواد العضوية وغير العضوية. قد يتطاير الغبار من مخزونات خام الحديد والفحم وفحم الكوك والحجر الجيري أو قد يدخل إلى الهواء أثناء التحميل والنقل. تولد المواد الخشنة الغبار عند حكها معًا أو سحقها تحت المركبات. تتولد الجسيمات الدقيقة في عمليات التلبيد والصهر والصهر ، خاصة عندما يتلامس الحديد المنصهر مع الهواء لتكوين أكسيد الحديد. تنتج أفران فحم الكوك فحم الكوك وانبعاثات القطران. تعتمد الآثار الصحية المحتملة على عدد الجسيمات في النطاق القابل للتنفس والتركيب الكيميائي للغبار ومدة التعرض وتركيزه.

تم تحقيق تخفيضات حادة في مستويات التلوث بالجسيمات. على سبيل المثال ، باستخدام المرسبات الكهروستاتيكية لتنظيف غازات العادم الجافة في صناعة الصلب الأكسجين ، خفضت إحدى مصانع الصلب الألمانية مستوى الغبار المنبعث من 9.3 كجم / طن من الفولاذ الخام في عام 1960 إلى 5.3 كجم / طن في عام 1975 وإلى أقل بقليل من 1 كجم / طن بحلول عام 1990. ومع ذلك ، كانت التكلفة زيادة ملحوظة في استهلاك الطاقة. تشمل الطرق الأخرى للتحكم في تلوث الجسيمات استخدام أجهزة الغسل الرطب ، ومنازل الأكياس والأعاصير (التي تكون فعالة فقط ضد الجسيمات الكبيرة).

المعادن الثقيلة

يمكن أن تنبعث معادن مثل الكادميوم والرصاص والزنك والزئبق والمنغنيز والنيكل والكروم من الفرن على شكل غبار أو دخان أو بخار أو قد تمتص بواسطة الجسيمات. الآثار الصحية ، والتي تم وصفها في مكان آخر في هذا موسوعة، تعتمد على مستوى ومدة التعرض.

الانبعاثات العضوية

قد تشمل الانبعاثات العضوية من عمليات الصلب الأولية البنزين والتولوين والزيلين والمذيبات والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والديوكسينات والفينولات. قد تشتمل خردة الصلب المستخدمة كمواد خام على مجموعة متنوعة من هذه المواد ، اعتمادًا على مصدرها وطريقة استخدامها (على سبيل المثال ، الطلاء ومواد الطلاء الأخرى والمعادن ومواد التشحيم الأخرى). لا يتم التقاط كل هذه الملوثات العضوية بواسطة أنظمة تنظيف الغاز التقليدية.

النشاط الإشعاعي

في السنوات الأخيرة ، كانت هناك تقارير عن حالات تم فيها إدراج مواد مشعة عن غير قصد في خردة الفولاذ. ستحدد الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنويدات (على سبيل المثال ، درجات حرارة الانصهار والغليان وتقارب الأكسجين) ما يحدث لها في عملية تصنيع الفولاذ. قد تكون هناك كمية كافية لتلوث منتجات الصلب والمنتجات الثانوية وأنواع مختلفة من النفايات ، وبالتالي تتطلب تنظيفًا وتخلصًا مكلفًا. هناك أيضًا تلوث محتمل لمعدات صناعة الصلب ، مع التعرض المحتمل الناتج لعمال الصلب. ومع ذلك ، فقد قامت العديد من عمليات الصلب بتركيب أجهزة كشف إشعاع حساسة لفحص جميع خردة الفولاذ المشتراة.

ثاني أوكسيد الكربون

على الرغم من أنه ليس له أي تأثير على صحة الإنسان أو النظم البيئية على مستويات الغلاف الجوي المعتادة ، فإن ثاني أكسيد الكربون مهم بسبب مساهمته في "تأثير الاحتباس الحراري" ، المرتبط بالاحترار العالمي. تعتبر صناعة الصلب من المصادر الرئيسية لثاني أكسيد الكربون ، ويرجع ذلك إلى استخدام الكربون كعامل مختزل في إنتاج الحديد من خام الحديد أكثر من استخدامه كمصدر للطاقة. بحلول عام 1990 ، من خلال مجموعة متنوعة من التدابير لخفض معدل فحم الكوك في أفران الصهر ، واستعادة الحرارة المهدرة وتوفير الطاقة ، تم تخفيض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من صناعة الحديد والصلب إلى 47٪ من المستويات في عام 1960.

الأوزون

الأوزون ، أحد المكونات الرئيسية للضباب الجوي بالقرب من سطح الأرض ، هو ملوث ثانوي يتكون في الهواء من خلال التفاعل الكيميائي الضوئي لأشعة الشمس على أكاسيد النيتروجين ، ويسهل بدرجات متفاوتة ، اعتمادًا على هيكلها وتفاعلها ، بواسطة مجموعة من المركبات العضوية المتطايرة . المصدر الرئيسي لسلائف الأوزون هو عوادم السيارات ، ولكن بعضها ينتج أيضًا عن مصانع الحديد والصلب وكذلك عن طريق الصناعات الأخرى. نتيجة للظروف الجوية والطبوغرافية ، قد يحدث تفاعل الأوزون على مسافات بعيدة من مصدرها.

ملوثات مياه الصرف

تقوم أعمال الصلب بتصريف كميات كبيرة من المياه إلى البحيرات والأنهار والجداول ، مع تبخير كميات إضافية أثناء تبريد فحم الكوك أو الفولاذ. يمكن أن تتسرب مياه الصرف المحتجزة في أحواض احتجاز غير محكمة الغلق أو متسربة وقد تلوث منسوب المياه الجوفية والجداول الجوفية. قد تكون ملوثة أيضًا عن طريق ترشيح مياه الأمطار من خلال أكوام المواد الخام أو تراكمات النفايات الصلبة. تشمل الملوثات المواد الصلبة العالقة والمعادن الثقيلة والزيوت والشحوم. قد تؤثر التغيرات في درجات الحرارة في المياه الطبيعية بسبب تصريف مياه المعالجة ذات درجة الحرارة المرتفعة (يتم استخدام 70٪ من المياه المستخدمة في صناعة الصلب للتبريد) على النظم البيئية لهذه المياه. وبالتالي ، فإن معالجة التبريد قبل التفريغ ضرورية ويمكن تحقيقها من خلال تطبيق التكنولوجيا المتاحة.

المواد الصلبة العالقة

المواد الصلبة المعلقة (SS) هي الملوثات الرئيسية التي تنقلها المياه والتي يتم تصريفها أثناء إنتاج الصلب. وهي تتكون أساسًا من أكاسيد الحديد من تكوين القشور أثناء المعالجة ؛ قد توجد أيضًا الفحم والحمأة البيولوجية والهيدروكسيدات المعدنية والمواد الصلبة الأخرى. هذه المواد غير سامة إلى حد كبير في البيئات المائية عند مستويات التصريف العادية. قد يؤدي وجودهم في مستويات أعلى إلى تغير لون المجاري المائية وإزالة الأكسجين وانغراس الطمي.

المعادن الثقيلة

قد تحتوي مياه عمليات تصنيع الصلب على مستويات عالية من الزنك والمنغنيز ، بينما قد تحتوي التصريفات من مناطق الدرفلة على البارد والطلاء على الزنك والكادميوم والألمنيوم والنحاس والكروم. توجد هذه المعادن بشكل طبيعي في البيئة المائية ؛ إن وجودهم بتركيزات أعلى من المعتاد هو الذي يثير القلق بشأن الآثار المحتملة على البشر والنظم البيئية. تتزايد هذه المخاوف من خلال حقيقة أنه ، على عكس العديد من الملوثات العضوية ، لا تتحلل هذه المعادن الثقيلة إلى منتجات نهائية غير ضارة وقد تتركز في الرواسب وأنسجة الأسماك والحياة المائية الأخرى. علاوة على ذلك ، من خلال الدمج مع الملوثات الأخرى (مثل الأمونيا والمركبات العضوية والزيوت والسيانيد والقلويات والمذيبات والأحماض) ، يمكن زيادة سُميتها المحتملة.

زيوت وشحوم

قد تكون الزيوت والشحوم موجودة في مياه الصرف الصحي في شكل قابل للذوبان وغير قابل للذوبان. معظم الزيوت الثقيلة والشحوم غير قابلة للذوبان ويمكن إزالتها بسهولة نسبيًا. ومع ذلك ، قد تصبح مستحلبًا عن طريق التلامس مع المنظفات أو القلويات أو عن طريق التحريك. تستخدم الزيوت المستحلبة بشكل روتيني كجزء من العملية في المطاحن الباردة. باستثناء التسبب في تغير لون سطح الماء ، فإن الكميات الصغيرة من معظم مركبات الزيت الأليفاتية غير ضارة. ومع ذلك ، قد تكون مركبات الزيت العطرية أحادية الماء سامة. علاوة على ذلك ، قد تحتوي مكونات الزيت على مواد سامة مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والرصاص والمعادن الثقيلة الأخرى. بالإضافة إلى مسألة السمية ، فإن الطلب البيولوجي والكيميائي على الأكسجين (BOD و COD) للزيوت والمركبات العضوية الأخرى يمكن أن يقلل من محتوى الأكسجين في الماء ، وبالتالي يؤثر على قابلية الحياة المائية.

النفايات الصلبة

يمكن إعادة استخدام الكثير من النفايات الصلبة الناتجة عن صناعة الفولاذ. تؤدي عملية إنتاج فحم الكوك ، على سبيل المثال ، إلى ظهور مشتقات الفحم التي تعتبر مواد خام مهمة للصناعة الكيميائية. يمكن إعادة تغذية العديد من المنتجات الثانوية (مثل غبار الكوك) في عمليات الإنتاج. يمكن استخدام الخبث الناتج عندما تذوب الشوائب الموجودة في الفحم وخام الحديد وتتحد مع الجير المستخدم كتدفق في الصهر بعدة طرق: ردم الأرض لمشاريع الاستصلاح وبناء الطرق وكمواد خام لمصانع التلبيد التي تزودها الأفران العالية. الصلب ، بغض النظر عن الدرجة أو الحجم أو الاستخدام أو طول الفترة الزمنية في الخدمة ، قابل لإعادة التدوير تمامًا ويمكن إعادة تدويره بشكل متكرر دون أي تدهور في خصائصه الميكانيكية أو الفيزيائية أو المعدنية. يقدر معدل إعادة التدوير بـ 90٪. يقدم الجدول 1 نظرة عامة على الدرجة التي حققتها صناعة صناعة الصلب اليابانية في إعادة تدوير النفايات.

الجدول 1. النفايات المتولدة والمعاد تدويرها في إنتاج الصلب في اليابان

المصدر: IISI 1992.

للحفاظ على الطاقة

يعد الحفاظ على الطاقة أمرًا مرغوبًا ليس فقط لأسباب اقتصادية ولكن أيضًا للحد من التلوث في مرافق إمداد الطاقة مثل المرافق الكهربائية. تختلف كمية الطاقة المستهلكة في إنتاج الصلب بشكل كبير حسب العمليات المستخدمة ومزيج الخردة المعدنية وخام الحديد في مادة التغذية. بلغ متوسط ​​كثافة الطاقة في المصانع القائمة على الخردة في الولايات المتحدة في عام 1988 21.1 جيجا جول للطن بينما استهلكت النباتات اليابانية حوالي 25٪ أقل. يتطلب المصنع النموذجي القائم على الخردة التابع للمعهد الدولي للحديد والصلب (IISI) 10.1 غيغاجول فقط للطن (IISI 1992).

حفزت الزيادات في تكلفة الطاقة على تطوير تقنيات توفير الطاقة والمواد. يتم استرداد الغازات منخفضة الطاقة ، مثل غازات المنتجات الثانوية المنتجة في عمليات الفرن العالي وأفران الكوك ، وتنظيفها واستخدامها كوقود. تم تخفيض استهلاك فحم الكوك والوقود الإضافي من قبل صناعة الصلب الألمانية ، والذي بلغ متوسطه 830 كجم / طن في عام 1960 ، إلى 510 كجم / طن في عام 1990. تمكنت صناعة الصلب اليابانية من تقليل حصتها من إجمالي استهلاك الطاقة اليابانية من 20.5٪ في 1973 إلى حوالي 7٪ في عام 1988. قامت صناعة الصلب في الولايات المتحدة باستثمارات كبيرة في الحفاظ على الطاقة. خفضت المطحنة المتوسطة استهلاك الطاقة بنسبة 45٪ منذ عام 1975 من خلال تعديل العملية والتكنولوجيا الجديدة وإعادة الهيكلة (انخفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل متناسب).

مواجهة المستقبل

تقليديا ، تعاملت الحكومات والجمعيات التجارية والصناعات الفردية مع الاهتمامات البيئية على أساس وسائط محددة ، وتعاملت بشكل منفصل ، على سبيل المثال ، مع مشاكل التخلص من الهواء والماء والنفايات. على الرغم من أن هذا مفيد ، فقد أدى في بعض الأحيان إلى نقل المشكلة من منطقة بيئية إلى أخرى ، كما هو الحال في معالجة مياه الصرف الصحي المكلفة التي تترك المشكلة اللاحقة المتمثلة في التخلص من حمأة المعالجة ، والتي يمكن أن تسبب أيضًا تلوثًا خطيرًا للمياه الجوفية.

ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، عالجت صناعة الصلب الدولية هذه المشكلة من خلال التحكم المتكامل في التلوث ، والذي تطور بشكل أكبر إلى إدارة المخاطر البيئية الشاملة ، وهو برنامج ينظر في جميع التأثيرات في وقت واحد ويعالج المجالات ذات الأولوية بشكل منهجي. التطور الثاني الذي لا يقل أهمية هو التركيز على الإجراءات الوقائية بدلاً من الإجراءات العلاجية. يتناول هذا قضايا مثل تحديد موقع المصنع ، وإعداد الموقع ، وتخطيط المصنع والمعدات ، وتحديد مسؤوليات الإدارة اليومية ، والتأكد من وجود موظفين وموارد كافية لمراقبة الامتثال للوائح البيئية وإبلاغ النتائج إلى السلطات المختصة.

يهدف مركز الصناعة والبيئة ، الذي أنشأه برنامج الأمم المتحدة للبيئة في عام 1975 ، إلى تشجيع التعاون بين الصناعات والحكومات من أجل تعزيز التنمية الصناعية السليمة بيئياً. تشمل أهدافها:

• تشجيع إدخال المعايير البيئية في خطط التنمية الصناعية
• تسهيل تنفيذ إجراءات ومبادئ حماية البيئة
• الترويج لاستخدام تقنيات آمنة ونظيفة
• تحفيز تبادل المعلومات والخبرات في جميع أنحاء العالم.

يعمل برنامج الأمم المتحدة للبيئة بشكل وثيق مع المعهد الدولي للأبحاث الصناعية ، وهو أول اتحاد صناعي دولي مكرس لصناعة واحدة. يضم أعضاء IISI شركات منتجة للصلب مملوكة للقطاعين العام والخاص وجمعيات واتحادات ومعاهد أبحاث وطنية وإقليمية في 51 دولة والتي تمثل مجتمعة أكثر من 70٪ من إجمالي إنتاج الصلب في العالم. ينتج المعهد الدولي للأبحاث ، غالبًا بالتنسيق مع برنامج الأمم المتحدة للبيئة ، بيانات عن السياسات والمبادئ البيئية والتقارير الفنية مثل تلك التي استند إليها جزء كبير من هذه المقالة (UNEP and IISI 1997). معًا ، يعملون على معالجة العوامل الاقتصادية والاجتماعية والأخلاقية والشخصية والإدارية والتكنولوجية التي تؤثر على الامتثال للمبادئ والسياسات واللوائح البيئية.

الرجوع