Тема 4. отходы производства и потребления

Во всем мире ежегодно образуется огромное количество отходов – более 140 Гт в год. Это количество распределяется между водоемами, воздухом и поверхностью земли в соотношении примерно 1:2:6 (Акимова, Кузьмин, Хаскин, 2007). Очевидно, сделать производство полностью безотходным невозможно; условно безотходными могут быть лишь отдельные этапы технологического цикла производства. Если проанализировать весьма обширный список всех отходов человечества и человеческого хозяйства, то станет очевидным, что в этой массе преобладают отходы производства и потребления.

В Федеральном Законе «Об отходах производства и потребления» (1998) сказано: «Отходы производства и потребления – остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий и продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также товары (продукция), утратившие свои потребительские свойства».

Многие вещества и материалы, которые относят к отходам, на самом деле таковыми не являются, поскольку в большинстве случаев могут служить сырьем для других производств и использоваться для разных нужд. Поэтому отходы производства и потребления следует рассматривать как вторичные материальные ресурсы (ВМР), которые можно повторно использовать. Использование ВМР – одно из главных направлений повышения эффективности производства и уменьшения промышленного загрязнения окружающей среды.

К основным направлениям работ по обращению с отходами большинство авторов относят следующие:

· внедрение на предприятиях эффективных технологий сбора, подготовки, обезвреживания и утилизации отходов;

· оборудование и эксплуатация в соответствии с установленными правилами объектов размещения отходов;

· устройство полигонов промышленных отходов и твердых бытовых отходов;

· рекультивация площадей, выведенных из эксплуатации полигонов.

Задание 1. Дайте определения и приведите примеры основных и побочных отходов производства.

Основные отходы производства – ___________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Побочные отходы производства – ___________________________________________

__________________________________________________________________________

Твердые: _____________________________________________________________

Жидкие:______________________________________________________________

Газообразные: ________________________________________________________

Задание 2. Все процессы, методы переработки и обезвреживания твердых отходов можно разделить на физические (механические), химические (термические), биохимические и комбинированные. Раскройте сущность этих процессов, а также укажите область их применения.

Физические процессы –_____________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Химические процессы –_____________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Физико-химические процессы –______________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Биохимические процессы –__________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В переработке жидких отходов ведущими являются, в основном, два процесса: 1) рекуперация – извлечение ценных компонентов из отходов; 2) регенерация – восстановление исходных свойств отработанных материалов. Утилизацию промышленных газообразных отходов осуществляют, преимущественно, с помощью химических и физико-химических методов. В результате часто получают товарную продукцию или же дополнительные источники сырья.

В мировой практике наиболее распространены следующие методы обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО):

· сжигание на мусоросжигающих заводах;

· строительство полигонов для их захоронения и частичной переработки;

· предварительная сортировка, утилизация, реутилизация ценных компонентов из отходов;

· использование в промышленности строительных материалов;

· компостирование с получением удобрений или биотоплива;

· пиролиз – высокотемпературный нагрев без доступа воздуха

Контроль в сфере обращения с отходами в нашей стране осуществляется на государственном (специально уполномоченные федеральные органы исполнительной власти и органы исполнительной власти субъектов Федерации), производственном (юридические лица, осуществляющие деятельность в области обращения с отходами) и общественном (общественные объединения, граждане) уровнях.

Задание 3.Объясните, почему сжигание отходов на мусоросжигающих заводах нецелесообразно ни с экономической, ни с экологической точек зрения? Изучите схему на рисунке 27. Для каких еще целей можно использовать тепловую энергию, выделяющуюся при сжигании нетоксичных отходов?

Рис. 27. Использование твердых бытовых отходов для производства электроэнергии (по Б. Небелу, 1993)

Подобная электростанция, расположенная в Балтиморе, имеет мощность 60 МВт и сжигает в день 2000 т несортированных отходов. Полученный пар приводит в действие генератор мощностью 60 тыс. кВт, который вырабатывает электроэнергию, достаточную для 60000 домов. Загрязнители воздуха улавливаются электрофильтрами. Наиболее ценные материалы, содержащиеся в отходах, – железо, алюминий – при необходимости извлекаются из золы. Прочие негорючие остатки требуют захоронения, но, поскольку они составляют лишь 10–20% от исходного объема мусора, могильник функционирует в 5–10 раз дольше, чем без предварительного сжигания. Золу используют в качестве наполнителя при строительстве дорог и насыпей.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 4. В развитых странах количество твердых бытовых отходов на одного человека в год составляет около 300 кг (из них токсичных до 70 кг). Стоимость обезвреживания 1 тонны составляет почти 500 долларов. Обезвреживание токсичных отходов и захоронение ТБО производят на специальных полигонах, наличие которых предусматривается при разработке планов и проектов территорий, расположенных вблизи крупных городов. На рис. 28 представлена схема захоронения отходов с системой защиты окружающей среды. Внимательно изучите схему, сформулируйте основные экологические требования к размещению и устройству полигона, кратко опишите процедуру захоронения.

Рис. 28. Схема захоронения отходов с системой защиты окружающей среды

(по Б. Небелу, 1993)

Основные экологические требования к размещению и устройству полигона: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Процедура захоронения ТБО:________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 5. Изучите рис. 29. Какие главные требования должны соблюдаться при захоронении радиоактивных отходов?

Рис. 29. Захоронение радиоактивных от­ходов АЭС (по Б. Небелу, 1993)

Обязательные требования к обустройству захоронений радиоактивных отходов:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 6. Изучите схему на рис. 30. Дайте определение понятия «рециклинг» и назовите основные преимущества этого способа обращения с отходами.

Рис. 30. Схема рециклинга (справа) производственных отходов

(по А.Н. Голицыну, 2007)

Рециклинг –_______________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Преимущества рециклинга:_________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Для отдельных отраслей промышленности разработаны методики, позволяющие оценить экологическое совершенство применяемых технологий и производства в целом. Обычно используют коэффициент безотходностиКб. Так, для химическойи нефтехимической промышленности его определяют по следующей формуле:

Kб= f . Kм.Kэн. Кэк

f – эмпирический коэффициент пропорциональности,

Kм– коэффициент полноты использования материальных ресурсов,

Kэн – коэффициент полноты использования энергетических ресурсов,

Кэк – коэффициент соответствия производства экологическим требованиям

Если Kб не менее 0,8–0,9, предприятие малоотходное,

если Kб более 0,9–0,98 – безотходное.

Задание 7. Как рассчитывают коэффициент безотходности производства в угольной промышленности? Что еще, кроме количественной оценки отходов, необходимо всегда учитывать?

Формула для расчета Кбв угольной промышленности:

обозначения:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В последнее время остро встал вопрос о необходимости учета размещения промышленных отходов по составу и степени токсичности, а также регистрации загрязнений окружающей среды – ксенобиотиков. Для этой цели предложены т.н. кадастры отходов. При этом объектами регистрации становятся все опасные и потенциально опасные вещества, как производимые и размещаемые на территории конкретной страны, так и импортируемые на ее территорию.

Задание 8. На каких принципах основаны малоотходные (безотходные) и ресурсовозобновляющие технологии (процессы)? Приведите примеры.

Малоотходные (безотходные) технологии ___________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ресурсовозобновляющие технологии_________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 9. Что такое биотехнология? Какие направления можно назвать приоритетными в сфере экологической биотехнологии?

Биотехнология – __________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Приоритетные направления экологической биотехнологии:____________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Экологизация производства требует, чтобы естественные биологические процессы занимали все большее место в разных областях хозяйства. Но особенно важным представляется создание таких технологических процессов производства, которые были бы органично вплетены в природные круговороты веществ или, в значительной своей части, сопряжены с ними. Ведь именно сложные живые системы на всех уровнях организации за сотни миллионов лет эволюции приобрели уникальную способность к саморегуляции, самовосстановлению и самоочищению, неоднократно продемонстрировали высокую степень устойчивости к экстремальным воздействиям и оптимальные варианты авторегуляции с высочайшей степенью экономичности. Поэтому, даже просто изучая жизнь таких неутомимых тружеников планеты, как муравьи или термиты, можно научиться многим принципам малоотходных технологий, рециклинга, транспортировки и захоронения отходов, биотехнологий, основам безопасной жизнедеятельности и способам создания и поддержания оптимальной экологической среды (в узком значении).

ПРИЛОЖЕНИЯ К ТЕМЕ 4

Существует три способа захоронения отходов, содержащихся в сточных водах: 1) в особых прудах, 2) в глубоких колодцах; 3) в могильниках. Даже при «идеальных» мерах предосторожности есть определенный риск, что все эти способы приведут к загрязнению грунтовых вод. Хуже того, меры предосторожности редко принимались, поэтому загрязнение грунтовых вод стало неизбежным (Небел, 1993)

Рис. 31. Размещение больших объемов слабозагрязненных отходов

в поверхностном водоеме (по Б. Небелу, 1993)

Отходы предприятия (1), растворенные в большом количестве воды, сливают в специально отведенные для этой цели ямы с облицованными стенами и дном (4). Так поступают, примерно, с 38% слаботоксичных отходов. Это наименее дорогостоящий способ избавления от больших объемов сточных вод с относительно низкой концентрацией опасных веществ. Если изоляция стен и дна достаточно надежная и поступление стоков не превышает испарение, такие хранилища могут действовать неограниченно долго. Однако при сильных ливнях не исключены разливы (2), а летучие вещества, например органические растворители, испаряются в атмосферу, усугубляя проблему загрязнения воздуха и выпадая с осадками в других местах. Локальные деформации слоя водонепроницаемой глины под ямами (3) приводят к тому, что отходы начинают поступать в грунтовые воды.

Рис. 32. Захоронение опасных отходов в глубоких колодцах (по Б. Небелу, 1993)

До сухого пористого горизонта бурят скважину; в нее закачивают жидкие отходы. Чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод, смежную с ними часть колодца заключают в трубу и облицовывают. Возможные трудности: а) утечки и вымывания отходов на поверхности (1); б) коррозия (2), неудачная облицовка (3), трещины в субстрате (4) могут способствовать попаданию отходов в грунтовые воды.

Рис. 33. Могильник для опасных отходов (по Б. Небелу, 1993)

Когда опасные отходы находятся в концентрированной форме, их обычно помещают в прочные запечатанные химически устойчивые контейнеры и закапывают в могильники. Стены и дно могильника покрыты слоем водонепроницаемой глины и двойной пластиковой выстилкой, а дно, кроме того, изолировано дренажной системой для улавливания и отвода возможных утечек. Сверху могильник обычно также покрыт толстым слоем водонепроницаемой глины. Скважины для мониторинга обеспечивают контроль за состоянием грунтовых вод.

Возможные проблемы: 1) животные-землерои могут повредить покрытие могильника; 2) облицовка могильника может разрушаться в результате промерзания; 3) при допущенных технических ошибках, нарушениях условий захоронения, возможно смешивание реактивов и, как следствие, взрывы; 4) вытекающие химически активные отходы могут разъесть облицовку, миновать систему мониторинга и быстро распространиться с грунтовыми водами на значительное расстояние.

Рис. 34. Технологическая линия по сорти­ровке твердых бытовых отходов

(по Б. Небелу, 1993)

Отходы можно сортиро­вать либо непосредственно на месте по­лучения (в домах), либо после сбора на особых установках. В первом случае не­обходимы совместные усилия жителей, однако этот способ недорогой, поскольку труд «добровольный». Технически все выглядит так: в определенном месте ус­танавливаются мусорные контейнеры «кодового» цвета, каждый из которых предназначен для определенного вида от­ходов – пластмассы, металлов, стекла, бу­маги, растительного мусора и т.д. Обычный мусоровоз буксирует за собой трейлер с разноцветными мусор­ными баками, и рабочие загружают в них мусор в соответствии с цветом. Несор­тированные отходы поступают, как обыч­но, в мусоровоз.

Другой вариант – сортировка от­ходов на специальных установках. Такие станции уже построены и работают. Оборудование их весьма дорогостоящее, расходы на эксплуатацию и технический уход также высоки, но выручка от продажи получаемой продук­ции почти полностью их возмещает. Еще один способ сортировки отходов – вруч­ную на конвейере.

Рис. 35. Молочная ферма, работающая на коровьем навозе (по Б. Небелу, 1993)

Здесь все энергетические потребности обеспечиваются продуктами его переработки. Примерно половина выраба­тываемой электроэнергии остается лишней и продается местным электрокомпаниям. Избыток тепла от работы генераторов идет на обогрев жилых помещений и отопление построек, а богатый биогенами ил, остающийся после сбраживания, вывозится на поля в качестве органического удобрения. По словам фермера Уайлбрайта (штат Пенсильвания), только экономия электроэнергии и ее продажа приносят ему около 100 тыс. долларов в год, не считая выгоды от использования «собственных» удобрений. Один ватт его энергосистемы обходится в 80 центов, что гораздо дешевле, чем на угольных ТЭС и АЭС (3 и 5 долларов соответственно). Если бы все молочные фермы США переняли этот опыт, то в стране производилось таким путем больше электричества, чем на всех АЭС, причем оно стоило бы намного дешевле (не говоря уже об экологической безвредности энергоресурса).

Вопросы для обсуждения на семинаре, подготовки сообщений, самостоятельной работы и написания рефератов по теме 4

1. Федеральный Закон «Об отходах производства и потребления».

2. Классификация отходов производства и потребления.

3. Транспортирование отходов.

4. Полигоны для твердых бытовых отходов.

5. Компостирование твердых отходов.

6. Сжигание твердых отходов.

7. Получение биогаза.

8. Порядок обращения с токсичными промышленными отходами.

9. Порядок обращения с радиоактивными отходами.

10. Лимиты на размещение отходов.

11. Оценка отходности технологий.

12. Контроль в сфере обращения с отходами.

13. Биотехнологии и их значение в процессе экологизации производства.

Рекомендуемая литература для изучения темы 4

Основная:

Голицын, А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: учебник / А.Н. Голицын. – М.: ОНИКС, 2007. – С. 68–81.

Коробкин, В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – С. 437–442; 500–509.

Небел, Б. Наука об окружающей среде: в 2 т. / Б. Небел. – М.: Мир, 1993. – Т. 1. – С. 331–337. – Т. 2. – С. 87–105; 147–150.

Экология /под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», 2006. – С. 524–545.

Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / под общ. ред. А.П. Кузьмина. – М.: Экономика, 2007. – С. 344–389.

Дополнительная:

Вронский, В.А. Прикладная экология / В.А. Вронский. – Ростов н/Д: Феникс, 1996. – 512 с.

Гридэл, Т.Е. Промышленная экология: учеб. пособие для вузов; пер. с англ. под ред. Э.В. Гирусова / Т.Е. Гридэл, Б.Р. Алленби. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 527 с.

Инженерная экология: учебник / под ред. В.Т. Медведева. – М.: Гардарики, 2002. – 687 с.

Стадницкий, Г.В. Экология / Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов. – СПб.: Химия, 1997. – 272 с.

Халифман, И.А. Муравьи / И.А. Халифман. – М.: «Мол. гвардия», 1963. – 304 с.

Халифман, И.А. Шмели и термиты / И.А. Халифман. – М.: Дет. лит., 1972. – 320 с.