Безотходные и малоотходные технологии

Загрязнение окружающей среды.

Загрязнение среды - сложный процесс, связанный с деятельностью человека. Оно чуждо природным экосистемам и, накапливаясь в них, нарушает процессы кругооборота веществ и энергии, снижает их производительность, отрицательно влияет на здоровье людей.

Загрязнение - изменение природной среды (атмосферы, воды) в результате наличия в ней примесей. При этом различают загрязнения: антропогенные - вызванные деятельностью человека и естественные - вызванные природными процессами.

К числу особых видов антропогенного воздействия на биосферу относятся: загрязнение среды опасными отходами.

В большинстве случаев загрязнения — это отходы различных производств, появляющиеся наряду с готовой продукцией в результате переработки природных ресурсов топливных, сырьевых, кислорода воздуха, воды и т. д. Отходы производства рассматривать как продукты своеобразного «обмена веществ» между индустриально развитым обществом и природой. Промышленные загрязнения делятся на:

—механические (запыление атмосферы, твердые частицы, и разнообразные предметы в воде и почве);

—химические (газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой);

-физические (все виды энергии как отходы разнообразных производств, тепловой, механической, в том числе вибрация, шум, ультразвук.

Оказывая отрицательное влияние на окружающую среду, загрязнения, в свою очередь, могут подвергаться определенному воздействию окружающей среды.

Таким образом, по воздействию со стороны воздействия на окружающую среду, загрязнения подразделяются на:

—стойкие (неразрушаемые);

—нестойкие, разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов.

Классификацию выбросов вредных веществ в атмосферу устанавливает ГОСТ17.2.1.01—76.

В основу классификации материальных загрязнений приняты:

- среда распространения — (атмосфера, гидро-, литосфера),

- их агрегатное состояние (газообразное, жидкое, твердое),

- применяемые методы обезвреживания, а также степень токсичности выбросов.

Эти выбросы в зависимости от состава вредных веществ классифицируются по агрегатному состоянию этих веществ и по массовому выбросу, т. е. массе веществ, выбрасываемых в единицу времени (тонн/сутки).

По химическому составу выбросы делятся на группы; в зависимости от разных частиц — на подгруппы.

В условиях промышленного производства важное значение с точки зрения загрязнения окружающей среды имеют частицы пыли — взвешенные в воздухе частицы твердых веществ.

По количественному и качественному составу вредных выбросов промышленное производство можно разделить на четыре группы:

- производства, выбрасывающие в атмосферу условно чистые технологические и вентиляционные выбросы с содержанием вредных веществ, не превышающих предельно допустимые концентрации;

- производства, выбрасывающие в атмосферу неприятно пахнущие газы;

- производства со значительными выбросами газа, содержащего нетоксичные или инертные газы;

- производства, выбрасывающие в атмосферу токсичные и канцерогенные вещества.

Безотходные и малоотходные технологии.

Нарушение человеком отдельных звеньев в общем комплексе взаимосвязи явлений и предметов природы инициирует цепную реакцию, распад исторически сложившейся экологической системы. Нарастание техногенный выбросов (порядка 30 млрд т в год), загрязняющих биосферу (сферу жизни), уже превышает скорость природного круговорота веществ в отдельные его звеньях, т. е. скорость использования природы уже перешагнула порог ее самозащиты: и самовосстановления. В этой связи применяемым человеком технологии, как производства, так и потребления продукции, во всех сферах хозяйства страны должны быть замкнутыми, безотходными, аналогично тому, как построен биогеохимический цикл миграции вещества и энергии в биосфере. Задача сегодняшнего дня состоит в переходе к безотходным технологиям производства химической продукции, ее потребления и эксплуатации техники.

Научной основой создания безотходных производств является ряд взаимосвязанные принципов, лежащих в их основе: системности, цикличности материальных потоков, комплексного использования сырья и других технологических принципов, позволяющих снижать отходы производств. При разработке безотходных и малоотходных производств на любом уровне необхо­димо соблюдение всех этих принципов.

При разработке малоотходного и безотходного производства возникает комплекс технических проблем и ряд организационных вопросов. Так, к числу технических проблем относятся:

— разработка принципиально новых МОП и БОП;

— совершенствование существующих технологических процессов (оба эти направления имеют целью получение химических продуктов высокого качества, сокращение стадий процессов, использование малотоксичного исходного сырья);

— регенерация исходных соединений (мономеров, растворителей и т. д.);

— утилизация отходов;

— очистка стоков и водооборотных систем и т. п. (для осуществления БОП и МОП должна использоваться такая техника контактирования фаз, которая обеспечивает оптимальные условия их осуществления);

— необходимая температурная последовательность по длине рабочей зоны;

— интенсивный тепло- и массообмен;

— максимально возможная селективность;

— минимальные потери энергии;

— внедрение непрерывных процессов и т. д.

Для осуществления безотходного производства требуется разрабатывать принципиально новые аппараты (например, позволяющие совмещать в одном аппарате несколько технологических процессов), оптимизировать размеры реакторов и их производительность, использовать новые конструкционные материалы и т. д.

Таким образом, наиболее рациональные пути уменьшения промышленных отходов и загрязнения окружающей среды следующие:

Первый из них является, по сути дела, приспособлением к новым требованиям по охране окружающей среды, которое сводится к уста­новке специального оборудования для очистки отходов всех видов.

Второй путь предусматривает изменение самих технологических процессов с тем, чтобы комплексно и полнее перерабатывать исходные материалы в целевые продукты и тем самым сокращать объемы отходов, сделать их менее вредными для окружающей среды или перевести в формы, легко поддающиеся вторичной переработке или специальному хранению.

Второй путь невозможен без создания безотходных производств, в которых осуществляются замкнутые материальные и энергетические потоки, не соприкасающиеся с окружающей средой.

Понятие «безотходное производство» условно, т. к. практически полностью избавиться от отходов и избежать влияния производства на окружающую среду нельзя. Тем не менее современный уровень науки и техники, основанный на энерго- и ресурсосберегающих технологиях, позволяет сводить их к минимуму.

Безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, цех, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы»» таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

В определении прежде всего подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем также и сферу потребления, а это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса. Следовательно, безотходное производство должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Так, в природных системах продукты жиз­недеятельности одних организмов используются другими организмами и в целом осуществляют саморегулирующийся биогеохимический кру­говорот веществ. Основу безотходного производства составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

Вторым основным положением безотходного производства является обязательное включение в производство и потребление всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также проводится прямая аналогия с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми, не являются изолированными, т. к. через них проходит поток энергии, которую экосистемы получают от Солнца, поглощают, трансформируют и излучают в космическое пространство. Таким образом, и безотходное производство является практически замкнутым, но не изолированным.

Третьей составной частью концепции безотходного производства является сохранение (с учетом возможного теплового загрязнения) сложившегося экологического равновесия, т. е. ущерб окружающей среде, наносимый производством, не должен быть выше допустимого уровня. Под ущербом понимают фактические и возможные потери в результате отрицательных изменений окружающей среды, которые обусловлены антропическими факторами.

Создание безотходного производства - длительный процесс, требующий решения взаимосвязанных технологических, экономических, организационных и других задач. Поэтому в качестве промежуточного этапа для практических целей допустимо использование малоотходного производства.

Под малоотходным понимается такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно- гигиеническими нормами. При этом по техническим, организационным, экономическим и другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

В связи с разработкой безотходных производств особую важность представляет количественная оценка приближения производства к безотходному, т. е. критериев отнесения его к категории безотходных, малоотходных и традиционных. В основу критериев, ограничивающих вредное воздействие производства на окружающую среду, положены существующие ПДК загрязняющих веществ. На их основе рассчитываются научно- технические показатели воздействия производства на окружающую среду, к которым в первую очередь относятся нормативы:

— предельно-допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу;

— предельно-допустимые сбросы (ПДС) в водоемы.

Эти показатели измеряются для каждого источника организованного выброса или сброса.

Второй по значимости количественной оценкой безотходности производства является степень использования в технологических про­цессах сырья и материалов.

Поступление в окружающую среду газовых выбросов, сточных вод и твердых отходов во всех случаях должно соответствовать санитарно- гигиеническим нормативам.

Экологическая проблема создания безотходных технологий имеет по крайней мере четыре аспекта:

— экологический в узком смысле этого слова, т. е. связанный с биологическим соотношением человеческого общества с природой при глобальном загрязнении окружающей среды;

— ресурсный аспект, связанный с угрозой истощения природных ресурсов;

— технологический и технический, предусматривающие при переработке многокомпонентного сырья комбинации процессов, которые обеспечивают наиболее комплексное (по числу извлеченных компонен­тов) и полное (по степени извлечения и использования компонентов) использование природного ресурса;

— экономический и организационный.

Рассмотрим эти аспекты в перечисленной последовательности.

Экологический аспект. Необходимость охраны окружающей среды приводит к существенным изменениям в общих подходах к обеспечению экологической эффективности производства. Под экологической эффективностью понимают минимизацию воздействия на окружающую среду при заданных производительности и качестве выпускаемой продукции соответствующим производством. Вместо мер временного характера, направленных на борьбу с последствиями загрязнений, теперь все чаще и чаще на стадии проектирования и строительства предприятий принимают меры долговременного характера, в основе которых заложен принцип: не борьба с последствиями загрязнений, а ликвидация причин этого неблагоприятного явления. В этой связи необходимо изменять и совершенствовать сами технологические процессы, с тем, чтобы комплексно и наиболее полно перерабатывать в процессе производства исходные материалы, сокращать тем самым объем отходов, перевести их формы, наименее вредные для окружающей среды или легко поддающиеся вторичной переработке, - другими словами, необходимо создавать малоотходные и безотходные технологии.

Требование сохранения окружающей среды отражает новую ступень осмысливания отношения между человеком и природой. Еще совсем недавно оно отражалось в образах человека - неутомимого работника в мастерской природы, человека - покорителя природы. Сегодня эти образы существенно трансформируются: мы подчеркиваем, что человек должен стать гражданином, сознающим свою ответственность за природу.

Ресурсный аспект. Материальное производство базируется на использовании природных ресурсов:

— невозобновляющихся (минерального сырья, нефти, газа и др.);

— возобновляющихся (воздух, вода, почва, растительный и жи­вотный мир).

Например, стоимость минерального сырья составляет примерно 70 % стоимости всех природных ресурсов, не используемых обществом. По мере увеличения объемов добычи происходит истощение запасов минеральных ресурсов, ухудшается их качество, повышается себестоимость минерального сырья. В этих условиях извлечение из недр попутных полезных компонентов, утилизация отходов и снижение потерь при добыче и переработке позволяют увеличить сырьевой потенциал. Ограниченность доступных минеральных ресурсов выдвигает проблему их рациональной добычи и использования. Так, балансовый расчет современного состояния накопления и утилизации отходов горных отраслей промышленности показал, что существующий уровень производства может быть обеспечен при снижении объема добычи горной массы на 20-25 % главным образом в результате производства 80 % стройматериалов из отходов (снижение общей стоимости продукции на 10^15 %), оздоровления экологической обстановки в районах горно-перерабатывающих предприятий.

Технологический и технический аспекты. Поликомпонентный состав сырья практически любого месторождения при переработке требует использования такой комбинации процессов, которая обеспечивает наиболее комплексную (по числу извлеченных компонентов) и полную (по степени извлечения и использования компонентов) переработку руды.

Комплексное использование минеральных ресурсов заключается в переходе на безотходные технологические процессы. Образующиеся в одном производстве отходы служат сырьем для другого производства. В этом случае сокращается потребность в сырье и исключаются (или значительно сокращаются) загрязняющие окружающую среду отходы.

Исследование в области создания безотходных технологий, методов утилизации отходов, комплексного использования сырья, экономической оценки схем, оптимизации режимов переработки полезных ископаемых показывает, что в настоящее время на большинстве предприятий имеется возможность довести определенную часть образующихся отходов до товарной продукции или вторичного сырья для других отраслей промышленности. Безотходное производство должно предусматривать более рациональное использование не только сырья, но и других материалов, в первую очередь газа и воды.

Экономические и организационные аспекты. Практика показывает, что постепенный переход промышленности на безотходное производство требует последовательного осуществления ряда мероприятий организационного и экономического характера. Современная методология оценки технологии, принятия проектных и плановых решений по развитию комплексности переработки полезных и иных ископаемых базируется в основном на экономическом расчете. В ней не всегда учитываются факторы долговременного и перспективного характера: расход полезного ископаемого как природного ресурса, экологические последствия принятой технологии, стратегическое использование некоторых компонентов, возможность местной утилизации отходов и т. д. Положение усугубляется и тем, что некоторые из этих параметров не имеют количественного выражения, а учет факторов на интуитивном уровне производится субъективно и недостаточно полно. Наиболее важным обстоятельством является то, что проблема ком­плексной и безотходной технологии имеет межотраслевой характер.

Вследствие относительной новизны проблемы безотходного производства еще отсутствуют не только организационные формы, позволяющие решать эту проблему, но даже достаточно полная информация о количестве, качестве и технологических свойствах как накопленных, так и ежегодно образующихся отходов. В сравнении с обычными производствами безотходное производство по своим параметрам может рассматриваться как более прогрессивный, предусматривающий комплексное использование сырья, и более благоприятный по своим экологическим последствиям. В этом смысле обычно рассматриваемые экономические оценки производств не учитывают всех преимуществ безотходного производства, которое требует большей трудоемкости на единицу перерабатываемого сырья, более развитой схемы и большего разнообразия процессов. Кроме того, безотходная технология более сложна в управлении и организации в результате производства многоотраслевой продукции. В связи с этим организация такой технологии требует больших капитальных вложений и текущих затрат, что, несмотря на возможность получения большего количества продукции, прибыли, лучшего использования сырья, вызывает определенные трудности.