UNEP および IISI 1997 と、Jerry Spiegel による未発表の記事から改作。
鉄鋼業は、その事業の膨大な量と複雑さ、およびエネルギーと原材料の広範な使用のために、他の「重工業」と同様に、環境と近隣地域の人々に重大な影響を与える可能性があります。 . 図 1 は、主要な生産プロセスから発生する汚染物質と廃棄物をまとめたものです。 それらは、大気汚染物質、廃水汚染物質、固形廃棄物の XNUMX つの主なカテゴリで構成されています。
図 1. さまざまなプロセスによって生成される汚染物質と廃棄物のフローチャート
歴史的に、鉄鋼産業の公衆衛生への影響に関する調査は、鉄鋼生産が集中している人口密集地域、特に深刻な大気汚染エピソードが経験されている特定の地域における局所的な影響に集中してきました。ドノラ渓谷とムーズ渓谷、そしてポーランド、旧チェコスロバキア、旧ドイツ民主共和国の間の三角形 (WHO 1992)。
大気汚染物質
製鉄および製鋼事業からの大気汚染物質は、歴史的に環境問題となっています。 これらの汚染物質には、硫黄酸化物、二酸化窒素、一酸化炭素などのガス状物質が含まれます。 さらに、酸化鉄を含む可能性のあるすすやほこりなどの微粒子は、制御の焦点となっています。 コークス炉およびコークス炉副産物プラントからの排出が懸念されてきましたが、過去 1 年間の製鉄技術および排出制御の継続的な改善と、より厳しい政府規制により、このような排出は大幅に削減されました。北米、西ヨーロッパ、日本で。 公害防止の総コストは、その半分以上が大気への排出に関連しており、総生産コストの 3 ~ 10% の範囲であると推定されています。 大気汚染防止設備は、プラント投資全体の約 20 ~ XNUMX% を占めています。 このようなコストは、開発途上国や、経済的に限界のある古い企業に最先端の制御をグローバルに適用する際の障壁となります。
大気汚染物質は、特定のプロセス、プラントのエンジニアリングと建設、使用される原材料、必要なエネルギー源と量、廃棄物がプロセスにリサイクルされる程度、および汚染制御の効率によって異なります。 例えば、脱酸素法による製鋼の導入により、排ガスの回収と再利用が制御された方法で可能になり、排出される量が減少し、連続鋳造プロセスの使用によりエネルギーの消費が減少し、結果として排出量の削減。 これにより、製品の歩留まりが向上し、品質が向上しました。
二酸化硫黄
主に燃焼プロセスで生成される二酸化硫黄の量は、主に使用される化石燃料の硫黄含有量に依存します。 燃料として使用されるコークスとコークス炉ガスの両方が、二酸化硫黄の主な発生源です。 大気中で、二酸化硫黄は酸素ラジカルおよび水と反応して硫酸エアロゾルを形成し、アンモニアと結合して硫酸アンモニウムエアロゾルを形成する可能性があります。 硫黄酸化物に起因する健康への影響は、二酸化硫黄だけによるものではなく、呼吸に適したエアロゾルを形成する傾向にも起因しています。 さらに、二酸化硫黄は微粒子に吸着される可能性があり、その多くは呼吸に適した範囲にあります。 このような潜在的な被ばくは、硫黄含有量の低い燃料を使用するだけでなく、微粒子の濃度を下げることによっても減らすことができます。 電気炉の使用の増加により、コークスが不要になり、硫黄酸化物の排出量が減少しましたが、これにより、この公害防止の負担が発電所に転嫁されました。 コークス炉ガスの脱硫は、還元された硫黄化合物、主に硫化水素を燃焼前に除去することによって達成されます。
窒素酸化物
硫黄酸化物と同様に、窒素酸化物、主に窒素酸化物と二酸化窒素は、燃料の燃焼プロセスで形成されます。 それらは、紫外線 (UV) 放射の存在下で酸素および揮発性有機化合物 (VOC) と反応してオゾンを形成します。 また、水と結合して硝酸を形成し、次にアンモニアと結合して硝酸アンモニウムを形成します。 これらはまた、湿式または乾式沈着によって大気から除去できる呼吸可能なエアロゾルを形成する可能性があります。
粒子状物質
最も目に見える汚染形態である粒子状物質は、有機物質と無機物質の多様で複雑な混合物です。 粉塵は、鉄鉱石、石炭、コークス、石灰石の備蓄から吹き飛ばされるか、積み込みや輸送中に空気中に入る可能性があります。 粗い素材は、こすり合わせたり、車両の下で押しつぶしたりすると、粉塵が発生します。 焼結、製錬、溶解の過程で発生する微粒子は、特に溶鉄が空気と接触して酸化鉄を形成する際に発生します。 コークス炉は微粉炭コークスとタールを排出します。 潜在的な健康への影響は、呼吸可能な範囲内の粒子の数、粉塵の化学組成、および曝露の期間と濃度によって異なります。
粒子汚染レベルの大幅な削減が達成されました。 たとえば、ドイツのある製鉄所では、電気集塵機を使用して酸素製鉄の乾燥廃ガスを浄化することにより、9.3 年の粗製鋼 1960 トン当たり 5.3 kg だった粉塵の放出量を 1975 年には 1 kg/トンに減らし、1990 トン未満に減らしました。しかし、コストはエネルギー消費の著しい上昇でした。 粒子汚染を制御する他の方法には、湿式スクラバー、バグハウス、サイクロン (大きな粒子に対してのみ有効) の使用が含まれます。
重金属
カドミウム、鉛、亜鉛、水銀、マンガン、ニッケル、クロムなどの金属は、粉塵、煙、または蒸気として炉から放出されるか、粒子に吸着される可能性があります。 本書の別の場所で説明されている健康への影響 百科事典、露出のレベルと期間によって異なります。
有機排出
一次鉄鋼事業からの有機排出物には、ベンゼン、トルエン、キシレン、溶剤、PAH、ダイオキシン、フェノールが含まれる場合があります。 原材料として使用される鉄くずには、その発生源と使用方法に応じて、さまざまなこれらの物質が含まれる場合があります (塗料やその他のコーティング、その他の金属や潤滑剤など)。 これらの有機汚染物質のすべてが、従来のガス洗浄システムによって捕捉されるわけではありません。
放射能
近年、鉄くずに放射性物質が誤って混入した事例が報告されています。 核種の物理化学的特性 (例えば、融解温度、沸騰温度、酸素に対する親和性) によって、製鋼プロセスで核種に何が起こるかが決まります。 鉄鋼製品、副産物、およびさまざまな種類の廃棄物を汚染するのに十分な量が存在する可能性があり、したがって費用のかかる清掃と処分が必要になります。 製鋼設備の汚染の可能性もあり、その結果、製鋼労働者が暴露される可能性があります。 ただし、多くの鉄鋼事業では、購入したすべての鉄スクラップを選別するために高感度の放射線検出器を設置しています。
二酸化炭素
二酸化炭素は、通常の大気レベルでは人間の健康や生態系に影響を与えませんが、地球温暖化に関連する「温室効果」に寄与するため、重要です。 鉄鋼業は二酸化炭素の主要な発生源であり、エネルギー源としての炭素の使用よりも、鉄鉱石からの鉄の生産における還元剤としての炭素の使用によるものです。 1990 年までに、高炉コークス率の削減、廃熱回収、および省エネルギーのためのさまざまな対策により、鉄鋼業界の二酸化炭素排出量は 47 年のレベルの 1960% まで削減されました。
オゾン
オゾンは、地表近くの大気スモッグの主成分であり、窒素酸化物に対する太陽光の光化学反応によって空気中に形成される二次汚染物質であり、一連の VOC によって、その構造と反応性に応じてさまざまな程度で促進されます。 . オゾン前駆物質の主な発生源は自動車の排気ガスですが、製鉄所やその他の産業によっても発生するものがあります。 大気および地形条件の結果として、オゾン反応は発生源から遠く離れた場所で発生する可能性があります。
廃水汚染物質
製鉄所は大量の水を湖、川、小川に排出し、コークスや鉄鋼を冷却する際に追加の量の水を気化させます。 封印されていない、または漏れている保持池に保持された廃水は浸透し、地域の地下水面や地下水路を汚染する可能性があります。 これらは、原材料の山や固形廃棄物の蓄積による雨水の浸出によっても汚染される可能性があります。 汚染物質には、浮遊物質、重金属、油、グリースが含まれます。 より高温のプロセス水(製鋼プロセス水の70%が冷却に使用される)の排出による自然水の温度変化は、これらの水の生態系に影響を与える可能性があります。 したがって、排出前の冷却処理は不可欠であり、利用可能な技術を適用することによって達成することができます。
浮遊物質
浮遊物質 (SS) は、鉄鋼生産中に排出される主な水系汚染物質です。 それらは、主に加工中のスケール形成による酸化鉄で構成されています。 石炭、生物汚泥、金属水酸化物、その他の固体も存在する可能性があります。 これらは、通常の排出レベルの水環境ではほとんど無毒です。 より高いレベルでのそれらの存在は、川の変色、脱酸素化、沈泥を引き起こす可能性があります.
重金属
製鋼プロセスの水には高レベルの亜鉛とマンガンが含まれている可能性があり、冷間圧延およびコーティング領域からの排水には亜鉛、カドミウム、アルミニウム、銅、およびクロムが含まれている可能性があります。 これらの金属は水生環境に自然に存在します。 人間と生態系への潜在的な影響についての懸念を生み出すのは、通常よりも高い濃度で存在することです。 これらの懸念は、多くの有機汚染物質とは異なり、これらの重金属が無害な最終製品に生分解されず、堆積物や魚やその他の水生生物の組織に濃縮される可能性があるという事実によって増大します. さらに、他の汚染物質 (例えば、アンモニア、有機化合物、油、シアン化物、アルカリ、溶媒、および酸) と組み合わされることによって、それらの潜在的な毒性が増加する可能性があります。
オイルとグリース
オイルとグリースは、水溶性と不溶性の両方の形で廃水中に存在する可能性があります。 ほとんどの重油やグリースは不溶性で、比較的簡単に除去できます。 ただし、洗剤やアルカリとの接触や攪拌により乳化することがあります。 乳化油は、コールドミルのプロセスの一部として日常的に使用されています。 水面の変色を引き起こすことを除いて、少量のほとんどの脂肪族油化合物は無害です. しかしながら、一価芳香族油化合物は有毒であり得る。 さらに、オイル成分には、PCB、鉛、その他の重金属などの有害物質が含まれている場合があります。 毒性の問題に加えて、油やその他の有機化合物の生物学的および化学的酸素要求量 (BOD および COD) によって水の酸素含有量が減少し、水生生物の生存率に影響を与える可能性があります。
固形廃棄物
鉄鋼製造で発生する固形廃棄物の多くは再利用可能です。 たとえば、コークスの製造プロセスでは、化学産業にとって重要な原材料である石炭誘導体が生成されます。 多くの副産物(コークスダストなど)が生産プロセスに戻される可能性があります。 石炭や鉄鉱石に含まれる不純物が溶けて、製錬でフラックスとして使用される石灰と結合するときに生成されるスラグは、さまざまな方法で使用できます。高炉。 鋼は、等級、サイズ、用途、または使用期間に関係なく、完全にリサイクル可能であり、その機械的、物理的、または冶金学的特性を劣化させることなく繰り返しリサイクルできます。 リサイクル率は90%と推定されています。 表 1 は、日本の鉄鋼業界における廃棄物のリサイクルの達成度の概要を示しています。
表1 日本の鉄鋼生産における廃棄物発生量とリサイクル量
ジェネレーション(A) |
埋立(B) |
再利用 |
|
スラグ 高炉 |
24,717 |
712 |
97.1 |
ほこり |
4,763 |
238 |
95.0 |
スラッジ |
519 |
204 |
60.7 |
廃油 |
81 |
||
トータル |
41,519 |
3,570 |
91.4 |
出典: IISI 1992.
省エネルギー
省エネルギーは、経済的な理由だけでなく、電力会社などのエネルギー供給施設での公害を減らすためにも望ましいことです。 鉄鋼生産で消費されるエネルギー量は、使用されるプロセスと、原料中のスクラップ金属と鉄鉱石の混合によって大きく異なります。 1988 年の米国のスクラップベースのプラントのエネルギー強度は、21.1 トンあたり平均 25 ギガジュールでしたが、日本のプラントは約 10.1% 少ない消費量でした。 モデルの国際鉄鋼協会 (IISI) のスクラップベースのプラントでは、1992 トンあたりわずか XNUMX ギガジュールしか必要としませんでした (IISI XNUMX)。
エネルギーコストの上昇は、省エネルギーおよび省材料技術の開発を刺激してきました。 高炉やコークス炉で発生する副生ガスなどの低エネルギーガスを回収・洗浄し、燃料として利用しています。 830 年には平均 1960 kg/トンだったドイツの鉄鋼産業によるコークスと補助燃料の消費量は、510 年には 1990 kg/トンにまで減少しました。 20.5 年から 1973 年には約 7% に減少しました。米国の鉄鋼産業は、省エネルギーに多額の投資を行ってきました。 平均的な工場は、1988 年以来、プロセスの変更、新技術、および再構築を通じて、エネルギー消費を 45% 削減しました (二酸化炭素排出量はそれに比例して減少しました)。
未来に向かって
従来、政府、業界団体、および個々の業界は、メディア固有の基準で環境問題に取り組んできました。たとえば、大気、水、廃棄物処理の問題などを個別に扱ってきました。 これは有用ではありますが、深刻な地下水汚染を引き起こす可能性のある処理スラッジの処分の問題を残す、費用のかかる廃水処理の場合のように、問題をある環境領域から別の領域に移すだけの場合もあります。
しかし、近年、国際的な鉄鋼業界は、統合汚染管理を通じてこの問題に対処してきました。これは、すべての影響を同時に検討し、優先分野に体系的に対処するプログラムである総合環境リスク管理にさらに発展しました。 同様に重要な XNUMX 番目の開発は、是正措置よりも予防措置に重点が置かれています。 これは、工場の立地、敷地の準備、工場のレイアウトと設備、日々の管理責任の特定、および環境規制の順守を監視し、結果を適切な当局に報告するための適切なスタッフとリソースの保証などの問題に対処します。
1975 年に国連環境計画 (UNEP) によって設立された産業環境センターは、環境に配慮した産業開発を促進するために、産業と政府間の協力を促進することを目的としています。 その目標は次のとおりです。
- 産業開発計画への環境基準の組み込みの奨励
- 環境保護のための手順と原則の実施の促進
- 安全でクリーンな技術の使用の促進
- 世界中の情報と経験の交換の刺激。
UNEP は、単一の業界に特化した初の国際業界団体である IISI と緊密に連携しています。 IISI のメンバーには、世界の鉄鋼生産の 51% 以上を占める 70 か国の公的および民間の鉄鋼生産会社、国および地域の鉄鋼業界団体、連合、研究機関が含まれます。 IISI は、しばしば UNEP と協力して、環境政策と原則の声明、およびこの記事の多くが基づいているものなどの技術報告書を作成しています (UNEP および IISI 1997)。 彼らは協力して、環境原則、政策、規制の遵守に影響を与える経済的、社会的、道徳的、個人的、管理的、および技術的要因に対処するために取り組んでいます。