Малоотходная и безотходная технологии и их роль в защите среды обитания

Термин «безотходная технология» был впервые предложен академиками Н.Н.Семеновым и И.В.Петряновым-Соколовым. В ряде стран Европы вместо терминов «безотходная технология» и «малоотходная технология» применяются термины «чистая технология» или «более чистая технология», что по существу одно и то же. Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства — создание малоотходной и безотходной технологии.
Понятие безотходной технологии, в соответствии с Декларацией Европейской экономической комиссии ООН (1979) означает практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и защитить окружающую среду.
В 1984 г. эта же комиссия ООН приняла более конкретное определение данного понятия: «Безотходная технология — это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы — производство — потребитель — вторичные ресурсы — таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».

В настоящее время в соответствии с решением ЕЭК ООН и Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов сформулировано понятие безотходной технологии (БОТ).

Безотходная технология - это практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду.

Часто встречается и другое название - безотходная технологическая система (БТС).

Безотходная технологическая система - это такое отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду.

Под безотходной технологиейпонимают также такой способ производства, который обеспечивает максимально полное пользование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным, чем «безотходная технология», следует считать термин «малоотходная технология», так как в принципе «безотходная технология» невозможна, ибо любая технологическая деятельность человека не может не производить отходы, хотя бы в виде энергии. Достижение полной безотходное™ нереально (Реймерс, 1990), поскольку противоречит второму началу термодинамики, поэтому термин «безотходная технология» условен (метафоричен). Технологию, позволяющую юлучить минимум твердых, жидких и газообразных отходов, Называют малоотходной и на современном этапе развития научно-технического прогресса она является наиболее реальной. Огромное значение для снижения уровня загрязнения ок-ужающей среды, экономии сырья и энергии имеет повторное использование материальных ресурсов, т. е.рециркуляция. Так, производство алюминия из металлолома требует всего 5 % энер-затрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосферу (Вронский, 1996).
В комплекс мероприятий по сокращению до минимума количества вредных отходов и уменьшения их воздействия на окружающую природную среду, по рекомендации различных авторов, входят:
— разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;
— разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;
— создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

— создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.

Понятие безотходной технологии затрагивает не только производственный процесс, но и конечную продукцию, которая должна характеризоваться:

1) долгим сроком службы изделий;

2) возможностью многократного использования;

3) простотой ремонта;

4) легкостью возвращения в производственный цикл или переведения в экологически безвредную форму после выхода из строя.

Схема безотходного производства имеет вид: «спрос - готовый продукт - сырье». Каждый этап этой схемы требует затрат энергии, а ее производство связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Другим препятствием для организации безотходного производства является износ материалов, их рассеивание в окружающей среде.

Понятие безотходной технологии носит условный характер. Под ним понимается теоретический предел, совершенная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично. Отсюда и появилось понятие малоотходной технологии. Но по мере развития научно-технического прогресса технология будет совершенствоваться и все более приближаться к идеальной модели.

Имеется немало критиков самой концепции безотходного производства. Некоторые из них утверждают, ссылаясь на второй закон термодинамики, что как энергию нельзя полностью преобразовать в работу, так и сырье невозможно полностью переработать в продукты производства и потребления. С этим никак нельзя согласиться, поскольку речь идет прежде всего о материи и об открытой системе. А материю (продукцию), в соответствии с законом сохранения вещества, всегда можно преобразовать снова в соответствующую продукцию. Наглядными примерами служат безотходно функционирующие природные экосистемы. Имеется и другая крайность, когда все работы, связанные с охраной окружающей среды от промышленных загрязнений относят к безотходному и малоотходному производству.

Оценка степени безотходности производства является очень сложной задачей. Единых критериев безотходности для всех отраслей промышленности не существует.

Возможны следующие подходы для оценки степени безотходности производства:

а) степень использования природных ресурсов;

б) отношение выхода конечной продукции к массе поступившего сырья и полуфабрикатов;

в) количество отходов, образующихся на единицу продукции.

Точный расчет степени безотходности производства требует ввода поправки на токсичность отходов. Невозможно, например, сопоставлять отходы содового производства (CaCl₂) и отходы гальванических цехов, исходя только из массы отходов. Однако на стадии проектирования для предварительного сопоставления различных технологических схем, выпускающих продукцию одного и того же вида, этот критерий вполне может быть использован.

Для учета энергетических затрат следует объединить энергоемкость продукции с ее коэффициентом безотходности, а также с коэффициентом безотходности производства электроэнергии. Только в этом случае можно получить объективный показатель безотходности производства. Это связано с тем, что масштабы загрязнения окружающей среды при производстве электроэнергии на ТЭЦ могут свести к минимуму те экологические преимущества, которых можно достичь при совершенствовании основного производства.

Примеры расчета степени безотходности производств

1. В цветной металлургии о степени безотходности судят по коэффициенту комплексности использования сырья. Во многих случаях он превышает 80%.

2. В угледобывающей промышленности применяется следующий расчет степени безотходности:

(7.1)

где К_тв - коэффициент использования породы, добываемой в результате горных работ;

К_в - коэффициент использования попутно забираемой воды;

К_г - коэффициент использования отходов пылегазоотчистки.

Коэффициент К_тв (в%) рассчитывают по формуле

(7.2)

где Q - общее количество пород, образующихся в результате ведения горных работ;

М₁ - количество пород, оставляемых в шахте в качестве закладочных материалов или для других целей;

М₂ - количество пород, выданных на поверхность и использованных для тех или иных целей.

Коэффициент К_в (в %) рассчитывают по формуле

(7.3)

где V - общий объем забираемой воды;

V₁ - объем воды, используемой на собственные нужды;

V₂ - объем воды, забираемой для сельскохозяйственных работ;

V₃ - объем воды, сбрасываемой после очистных сооружений.

Расчет коэффициента К_г (в %) проводят по формуле

(7.4)

где М_ут - количество утилизированных отходов пылегазоочистки;

М_об - общее количество образующихся вредных веществ.

Министерство угледобывающей промышленности установило, что предприятие является безотходным (малоотходным), если К ≥ 75%.

7.3.

Основные принципы создания безотходных производств

1. Комплексное использование сырья

Отходы производства - это часть сырья, неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам. Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики. Необходимость более рационального комплексного использования природных ресурсов диктуется с одной стороны все увеличивающимся темпом роста объема промышленного производства, загрязняющего окружающую среду, а с другой - необходимостью экономного расходования природных ресурсов, так как запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно растут. Например, с 1992 года по 1994 год мировые цены почти на все сырье повысились более чем в 2 раза. В свою очередь рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются пределы их рентабельности.

Источниками отходов являются:

а) примеси в сырье, т.е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;

б) неполнота протекания процесса, т.е. остаток полезного продукта в сырье;

в) протекание побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ.

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованного сырья, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше являлась отходом производства.

Характерен пример цветной металлургии, где постоянно растет количество элементов, извлекаемых из минерального сырья. Из 90 элементов, обнаруженных в литосфере, гидросфере и атмосфере, предприятиями цветной металлургии извлекались:

в 1913 году - 15 элементов;

в 1930 году - 20 элементов;

в 1940 году - 24 элемента;

в 1960 году - 63 элемента;

в 1970 году - 74 элемента;

в 1990 году - 85 элементов.

Из медьсодержащих руд, в состав которых входят 25 элементов, извлекают 21 элемент. Из полиметаллического сырья извлекают 18 элементов и выпускают более 40 видов товарной продукции. Доля полезных элементов, извлекаемых из природного сырья, составляет 80%.

Повышение процентного выхода продукции на каждой стадии процесса приводит к уменьшению количества отходов. Радикальным средством уменьшения количества отходов производства является изменение технологии.

2. Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий и схем

Примеры:

а) в соответствии с разработками новых наукоемких технологий в электронной промышленности производят продукцию, потребляющую значительно меньше электроэнергии (телевизоры, компьютеры и т.д.);

б) в черной металлургии разработана новая технологическая схема прямого восстановления железа, позволяющая уменьшить загрязнение окружающей среды.

3. Создание замкнутых водо- и газооборотных циклов

Примеры:

а) на промышленном объединении «Тулачермет» организован и постоянно совершенствуется замкнутый газооборотный цикл, разработанный для производства суперфосфатных и других фосфорных удобрений, что позволяет избежать загрязнения окружающей среды фторидами;

б) на Липецком металлургическом комбинате уже несколько лет действуют замкнутые водооборотные системы.

Начальным этапом этих комплексных мероприятий, нацеленных на создание в перспективе безотходных технологий, является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкнутых, систем водопользования.

Оборотное водоснабжение — это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы (рис. 20.1; Иванов, 1991).

Рис. 20.1. Схема оборотного промышленного и городского водоснабжения: 1 — цех; 2 — внутрицеховое оборотное водоснабжение; 3 — локальное (цеховое) очистное сооружение, включая утилизацию вторичных отходов; 4 — общезаводские очистные сооружения; 5 — город; 6 — городские канализационные очистные сооружения; 7 — третичные очистные сооружения; 8 — закачка очищенных сточных вод в
подземные источники; 9 — подача очищенных вод в городскую систему водоснабжения; 10 — рассеивающий выпуск сточных вод в
водоем (море)

4. Кооперирование предприятий, создание территориально-производственных комплексов

В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для другого производства. В связи с этим сам термин «отходы» можно заменить на термин «продукты незавершенного производства». Следовательно, основной проблемой является изыскание возможностей применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях, которые могли бы их использовать в качестве вторичных материальных ресурсов. Например, в Бразилии из отходов переработки сахарного тростника получают этиловый спирт, который затем используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

В России была проведена большая работа по систематизации отходов различных отраслей промышленности и по созданию так называемых «банков отходов». Например, в химической промышленности, металлургии, нефтехимии и т.д. такие системы уже имеются.

Наиболее благоприятные возможности для межотраслевого кооперирования складываются в условиях территориально-производственных комплексов (ТПК). Самым эффективным типом организации производства является сочетание межрайонной специализации с внутренней кооперацией.

Основные принципы создания ТПК:

а) единая производственная и социальная микроструктура, общая строительная и энергетическая база;

б) четкая специализация в масштабе страны и своего экономического района.

Главной задачей настоящего времени является создание ТПК среднего масштаба помимо ТПК крупных экономических районов страны (Московского, Краснодарского, Кузбасского и т.д.).