Рациональное и комплексное использование сырьевых ресурсов имеет решающее значение, так как в настоящее время в конечный продукт включается в среднем лишь около 10% массы используемых природных ресурсов, а остальные 90% теряются. Высшей формой рационального природопользования является такая деятельность человека, которая практически полностью использует природные ресурсы, не порождает загрязнения и отходы и в конечном итоге все снова возвращает природе, не нарушая ее состояния. При безотходном производстве предполагается создание оптимальных технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. В идеальном случае такое производство не имеет вредных выбросов в атмосферу, сточных вод и твердых отходов.
Термин «безотходная технология» впервые был сформулирован нашими учеными-химиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1956 г. Он получил широкое распространение не только у нас, но и за рубежом. Ниже приведено официальное определение данного термина, закрепленное в 1984 г. в Ташкенте решением Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН).
Безотходная технология — это такой метод производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: первичные сырьевые ресурсы-производство-потребление-вторичные ресурсы, и любые воздействия на природную среду не нарушают ее нормального функционирования.
Безотходная технология включает следующие процессы:
комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов и получение продукции с отсутствием или наименьшим количеством отходов;
создание и выпуск новой продукции с учетом ее повторного использования;
переработку выбросов, стоков, отходов производства с получением полезной продукции;
бессточные технологические системы и замкнутые системы газо- и водоснабжения с использованием прогрессивных способов очистки загрязненного воздуха и сточных вод;
создание территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую технологию материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.
Малоотходная технология — это промежуточная ступень при создании безотходного производства, когда небольшая часть сырья и материалов переходит в отходы, а вредное воздействие на природу не превышает санитарных норм.
Коэффициент безотходности (или коэффициент комплексности) — это доля полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему их количеству.
Этот коэффициент широко используется в цветной металлургии и предлагается в качестве количественного критерия безотходности: для малоотходной технологии он должен быть не менее 75%, для безотходной технологии — не менее 95%.
В настоящее время имеется некоторый опыт в области создания и внедрения малоотходной и безотходной технологий в ряде отраслей промышленности. Например, Волховский глиноземный завод перерабатывает нефелин на глинозем и попутно получает соду, поташ и цемент по практически безотходной технологической схеме. Затраты на их производство на 10-15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами.
Однако перевод существующих технологий в малоотходные и безотходные производства требует решения большого комплекса весьма сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научнотехнических достижений. При этом необходимо руководствоваться следующими принципами.
Принцип системности. В соответствии с ним процессы или производства являются элементами системы промышленного производства в регионе (ТПК) и далее — элементами всей экологоэкономической системы, которая включает, кроме материального производства и иной деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы), а также человека и среду его обитания. Поэтому при создании безотходных производств необходимо учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.
Комплексность использования ресурсов. Этот принцип создания безотходного производства требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является сложным по составу. В среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке сырья. Так, комплексная переработка полиметаллических руд позволяет получать около 40 элементов в виде металлов высокой чистоты и их соединений. Уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиновые металлы, а также более 20% золота получают попутно при комплексной переработке полиметаллических руд.
Конкретные формы реализации этого принципа в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях отдельного процесса, производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы.
Цикличность материальных потоков. Это общий принцип создания безотходного производства. Примерам цикличных материальных потоков являются замкнутые водо- и газооборотные циклы. Последовательное применение этого принципа должно привести в конечном итоге к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии.
Ограничение и исключение вредного воздействия производства на биосферу при планомерном и целенаправленном росте объемов безотходного производства. Этот принцип обязан обеспечить сохранение природных и социальных ресурсов, таких как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, здоровье населения. Данный принцип осуществим лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.
Рациональность организации создания безотходного производства: разумное использование всех компонентов сырья; минимизация энерго-, материало- и трудоемкости производства; поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, исключающих или уменьшающих вредное воздействие на биосферу; кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других; создание безотходных ТПК.
При создании безотходного производства путем совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов обычно используются следующие способы и методы:
осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;
увеличение единичной мощности агрегатов, применение непрерывных процессов; интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;
создание энерготехнологических процессов, сочетающих энергетику с технологией;
энерготехнологические процессы позволяют полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов.
Для перехода отдельных, особенно новых производств, на безотходную технологию необходима разработка отдельными предприятиями, объединениями, отраслями и в целом правительственными структурами комплексных государственных программ по созданию и внедрению безотходных производств и территориально-промышленных комплексов.
Общие пути решения экологических проблем
вместо деклараций — экологически обоснованные и экономически обеспеченные проекты в мировых рамках;
интеграция интеллектуальных сил, техники и финансов всех стран мира на осуществление этих проектов;
регулирование роста народонаселения и потребностей людей, их экологическое просвещение;
ввод хозяйственной деятельности в пределы емкости экосистем на основе широкого внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий;
переход на безотходные технологии производства; развитие сельского хозяйства на основе экологически прогрессивных технологий, приспособленных к местным условиям.
Возможность стабилизации и улучшения качества окружающей среды путем более рационального использования всего комплекса природных ресурсов связана с созданием и развитием безотходного производства. Ресурсосбережение является решающим источником удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства.
Важно добиться, чтобы прирост потребностей в топливе, энергии, сырье и материалах на 75-80% удовлетворялся в результате их экономии, т. е. максимального исключения потерь и нерациональных расходов. Важно широко вовлекать в хозяйственный оборот вторичные ресурсы, а также попутные продукты.
Под безотходной технологией понимают такой принцип организации производства, при котором цикл «первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы» построен с рациональным использованием всех компонентов сырья, всех видов энергии и без нарушения экологического равновесия.
Безотходное производство может быть создано в рамках комбината, отрасли, региона, а в конечном счете - для всего народного хозяйства.
Примером естественного «безотходного производства» являются природные экосистемы - устойчивые совокупности совместно обитающих организмов и условий их существования, тесно связанные друг с другом. В этих системах осуществляется полный круговорот веществ. Конечно, экосистемы не вечны и развиваются во времени, но они обычно настолько устойчивы, что способны преодолевать даже некоторые изменения внешних условий.
В определении безотходного производства учитывается стадия потребления, что налагает ограничения на свойства производимых продуктов потребления, влияет на их качество. Главные требования - надежность, долговечность, возможность возвращения в цикл на переработку или превращения в экологически безвредную форму.
Важнейшей составной частью концепции безотходного производства являются также понятия нормального функционирования окружающей среды и ущерба, наносимого ей отрицательным антропогенным воздействием. Концепция безотходного производства основывается на том, что производство, неизбежно воздействуя на окружающую среду, не нарушает ее нормального функционирования.
Создание безотходного производства представляет собой длительный и постепенный процесс, требующий решения ряда взаимосвязанных технологических, экономических, организационных и других задач. В основу создания безотходного промышленного производства на практике должны закладываться в первую очередь принципиально новые технологические процессы и оборудование.
1.2 Критерии безотходности
В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными.
Однако возникает вопрос, какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направляться на длительное хранение или захоронение? В этой связи в ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемые долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он уже превышает 80%.
В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства рассчитывается по формуле:
K б п = 0.33 * (К б т + К б ж + К б г),
где К б т, К б ж, К б г -- коэффициенты использования соответственно породы, образующейся при горных работах, попутно забираемой воды при добыче угля (сланца) и использования пылегазовых отходов.
Как известно, добыча угля является одним из самых материалоемких и экологически сложных в народном хозяйстве процессов. Для этой отрасли установлено, что производство является безотходным (правильнее -- малоотходным), если коэффициент безотходности превышает 75%. В случае использования наряду с вновь образующейся породой отвалов прошлых лет, коэффициент безотходности может быть более 100%.
Вероятно, в первом приближении для практических целей значение коэффициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75% и выше, можно принять в качестве количественного критерия малоотходного, а 95% -- безотходного производства и в ряде других материалоемких отраслей народного хозяйства. При этом, безусловно, должна учитываться токсичность отходов.
Безотходная технология -- это идеальная модель производства, которая в большинстве случаев в настоящее время реализуется не в полной мере, а лишь частично (отсюда становится ясным и термин «малоотходная технология»). Однако уже сейчас имеются примеры полностью безотходных производств. Так, в течение многих лет Волховский и Пикалевский глиноземные заводы перерабатывают нефелин на глинозем, соду, поташ и цемент по практически безотходным технологическим схемам. Причем эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10-15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами.
Успешное развитие Б. т. связано с разработкой технол. методов извлечения из твёрдых и жидких смесей компонентов при малых их концентрациях, методов утилизации отходов путём доведения их до товарной кондиции, а также с оптимизацией схем пром. Б. т. с учётом требований экологии. Составная часть Б. т. - бессточная технология, не имеющая жидких отходов (стоков). Осн. направления создания бессточной технологии: внедрение безводных технол. процессов и процессов с миним. водопотреблением, выбор производств. комплекса с последовательным многократным использованием воды, макс. развитие водооборотных систем, локальная очистка сточных вод с утилизацией ценных компонентов, совершенствование существующих и разработка новых (гл. обр. безреагентных) методов очистки сточных вод, замена водяного охлаждения воздушным, вывод отходов из технол. процесса преим. в виде твёрдой фазы или высококонцентрир. растворов с целью их последующей утилизации или захоронения. Б. т. , при к-рых не образуются твёрдые отходы, наз. безотвальными (связаны с переработкой твёрдых отходов на строит. материалы - цемент, стекло и др.). Проблема Б. т. нашла отражение в ряде междунар. соглашений по вопросам охраны окружающей среды.
Безотходная технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды. Безотходная технология - принцип организации производства вообще, подразумевающий использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает цепочку первичное сырьё - производство - потребление - вторичное сырьё. СССР явился инициатором идеи безотходного производства и термин "безотходная технология" впервые был предложен комиссией по охране природных вод СССР.
Принципы безотходной технологии Системный подход Комплексное использование ресурсов Цикличность материальных потоков Ограничение воздействия на окружающую среду Рациональная организация
Требования к безотходному производству. Осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы, и теряется сырье; увеличение (до оптимума) единичной мощности агрегатов; интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация; создание энерготехнологических процессов. Сочетание энергетики с технологией позволяет полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов. Примером такого производства служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме.
Безотходная технология в энергетике Твёрдое и жидкое топливо при сжигании используются не полностью, а также образуют вредные продукты. Существует методика сжигания топлива в кипящем слое, которая более эффективна и экологически безопасна. Газовые выбросы необходимо очищать от оксидов серы и азота, а золу, образующуюся как результат фильтрации, использовать при производстве строительных материалов.
Безотходная технология в металлургии Необходимо широкое использование твёрдых, жидких и газообразных отходов чёрной и цветной металлургии вместе с одновременным снижением выбросов и сбросов вредных веществ. В цветной металлургии перспективно применение метода плавки в жидкой ванне, требующее меньших затрат энергии и вызывающее меньший объём выбросов. Получаемые же в результате серосодержащие газы могут использоваться в производстве серной кислоты и элементарной серы.
Горная промышленность. В горной промышленности необходимо: внедрять разработанные технологии по полной утилизации отходов, как при открытом, так и при подземном способе добычи полезных ископаемых; шире применять геотехнологические методы разработки месторождений полезных ископаемых, стремясь при этом к извлечению на земную поверхность только целевых компонентов; использовать безотходные методы обогащения и переработки природного сырья на месте его добычи; шире применять гидрометаллургические методы переработки руд.
Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. В химической и нефтеперерабатывающей промышленности в более крупных масштабах необходимо использовать в технологических процессах: окисление и восстановление с применением кислорода, азота и воздуха; электрохимические методы, мембранную технологию разделения газовых и жидкостных смесей; биотехнологию, включая производство биогаза из остатков органических продуктов, а также методы радиационной, ультрафиолетовой, электроимпульсной и плазменной интенсификации химических реакций.
Машиностроение. В машиностроении в области гальванического производства следует направлять научно-исследовательскую деятельность и разработки на водоочистку, переходить к замкнутым процессам рециркуляции воды и извлечению металлов из сточных вод; в области обработки металлов шире внедрять получение деталей из пресс-порошков.
Бумажная промышленность. В бумажной промышленности необходимо в первую очередь внедрять разработки по сокращению на единицу продукции расхода свежей воды, отдавая предпочтение созданию замкнутых и бессточных систем промышленного водоснабжения; максимально использовать экстрагирующие соединения: содержащиеся в древесном сырье для получения целевых продуктов; совершенствовать процессы по отбеливанию целлюлозы с помощью кислорода и озона; улучшать переработку отходов лесозаготовок биотехнологическими методами в целевые продукты; обеспечивать создание мощностей по переработке бумажных отходов, в том числе макулатуры.
ПЕРЕРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ. Отходы производства - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ (услуг) и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Отходы потребления - изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа. Отходы производства и потребления являются вторичными материальными ресурсами (ВМР), которые в настоящее время могут вторично использоваться в народном хозяйстве. Отходы бывают токсичные и опасные. Токсичные и опасные отходы - содержащие или загрязненные материалами такого рода, в таких количествах или в таких концентрациях, что они представляют потенциальную опасность для здоровья человека или окружающей среды. В Российской Федерации ежегодно образуется около 7 млрд. тонн отходов, при этом вторично используются только 2 млрд. тонн, т. е. около 28%. Из общего объема используемых отходов около 80% - вскрышные породы и отходы обогащения - направляется для закладки выработанного пространства шахт и карьеров; 2% - находят применение в качестве топлива и минеральных удобрений, и лишь 18% (360 млн. т.) используются в качестве вторичного сырья, из них 200 млн. т. в стройиндустрии. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т. твердых отходов, при этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель; сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах и свалках отходы являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений.
ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРОГРАММА «ОТХОДЫ» . В целях реализации норм и положений Закона «Об охране окружающей природной среды» Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов разрабатывается Российская Государственная программа «Отходы» . Основная цель этой программы состоит в обеспечении одного из условий экологически безопасного развития страны: стабилизации, а в дальнейшем сокращении загрязнения окружающей среды отходами и экономии природных ресурсов за счет максимально возможного вторичного вовлечения отходов в хозяйственный оборот.
Программа предусматривает решение следующих задач: снижение объемов образования отходов на основе внедрения малоотходных и безотходных технологий; сокращение на основе применения новых технологических решений видов и объемов токсичных и опасных отходов; повышение уровня использования отходов; эффективное использование сырьевого и энергетического потенциала вторичных материальных ресурсов; экологически безопасное размещение отходов; целенаправленное распределение финансовых и иных ресурсов на удаление отходов и их вовлечение в хозяйственный оборот.
Научно-техническое обеспечение. В настоящее время в Российской Федерации научные исследования и разработки в области удаления отходов осуществляются практически во всех отраслях народного хозяйства, на региональном уровне, на отдельных предприятиях, в созданных в последние годы ассоциациях и т. п. Однако разрабатываемые ими проекты касаются, как правило, только тех видов отходов, переработка которых оправдывает себя с экономической точки зрения. Проблемные научно-технические разработки имеют большое значение для предприятий различных регионов и отраслей экономики, однако реализация их связана с определенным экономическим риском, а проведение таких разработок требует привлечения высококвалифицированных специалистов. Исходя из этого, подобные разработки должны финансироваться из централизованных источников. К числу таких разработок относятся переработка и обезвреживание трудноперерабатываемых и многокомпонентных отходов, отходов межотраслевого характера, особо токсичных и пр.
Совершенствование системы управления отходами. В условиях радикальной экономической реформы в России вопросы использования отходов по существу выпали из сферы централизованного государственного управления. Разработка программы «Отходы» потребовала формирования структуры и определения функций управления и координации деятельности в области образования, использования и размещения отходов. Это, в свою очередь, вызвало необходимость создания в Минприроды России или при нем специального подразделения (управления), которое осуществляло бы государственную политику в области отходов. Аналогичная задача стоит и перед территориальными комитетами по экологии и природным ресурсам. Поскольку проблема отходов масштабна, то в ее решении должны принимать участие и другие государственные органы управления: Минэкономики России, Минфин России, отраслевые министерства, Минздравмедпром России и его территориальные департаменты, а также санитарные службы, Госкомстат России с подразделениями на местах и Госстандарт России. Важную роль в решении поставленных задач должны играть органы законодательной и исполнительной власти республик в составе Российской Федерации, краев, областей, автономных образований, городов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Современное экологическое состояние территории России можно определить как критическое. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды. Спад производства не повлек аналогичного снижения загрязнений, поскольку в экономически кризисных условиях предприятия стали экономить и на природоохранных затратах. Разрабатываемые с начала перестройки и частично реализуемые экологические государственные и региональные программы не способствуют улучшению в целом экологической обстановки, и с каждым годом на территории России все больше регионов, городов и поселков становятся опасными для проживания населения. В Российской Федерации за последние несколько десятилетий в условиях ускоренной индустриализации и химизации производства подчас внедрялись экологически грязные технологии. При этом недостаточно внимания уделялось условиям, в которых будет жить человек, т. е. каким воздухом он будет дышать, какую воду он будет пить, чем он будет питаться, на какой земле жить. Однако эта проблема беспокоит не только россиян, она актуальна и для населения других стран мира. В данной работе рассмотрены принципы внедрения малоотходных и безотходных технологий, как наиболее перспективные направления бережного природопользования и сохранения окружающей среды.
Список литературы. 1. Федеральный закон РФ «Об отходах производства и потребления» . 2. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» . 3. Виноградова Н. Ф. , «Природопользование» . – М. , 1994. 4. Кикава О. Ш. и др. «Строительные материалы из отходов производства» - «Экология и промышленность России» , 12, 1997. 5. Протасов В. Ф. , Молчанов А. В. «Экология, здоровье и природопользование в России» - М. , «Финансы и статистика» , 1995. 6. «Экология» . Учебное пособие, под ред. С. А. Боголюбова - М. , «Знание» , 1997.
Человечество в результате своей деятельности пришло к пониманию того, что необходимо внедрение технологических процессов, дающих минимальные выбросы, при которых самоочищающаяся способность природы в достаточной степени будет препятствовать возникновению необратимых экологических изменений. Специалистами было предложено определение безотходной технологии, которое принято как основное для дальнейшего использования:
Безотходная технология – это практическое применение знаний, методов и средств для обеспечения в рамках человеческих потребностей рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты окружающей среды .
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства , которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной мере, но с развитием технического прогресса все больше приближается к идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой (БТС) следует понимать такое производство, в результате деятельности которого не происходит выбросов в окружающую среду. Безотходное производство представляет совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие отходов на окружающую среду.
Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов. Малоотходная технология представляет собой промежуточную ступень безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового продукта с не полностью утилизируемыми отходами.
Задачи по реализации безотходной технологии вытекают из следующего:
ü наибольшая часть загрязнений окружающей среды является следствием недостаточного развития промышленной технологии;
ü неиспользованные отходы производства – это потери природных ресурсов;
ü получение и использование вторичного сырья (отходов) с увеличением потребности в естественных материалах может стать важным источником повышения производительности общественного труда;
ü предпосылкой для рационализации промышленной технологии является выработка технико-экономических решений по «замкнутым» технологиям (кругооборот материалов);
ü единый и экономичный путь решения основных проблем в области обмена веществ между человеком и природой должен осуществляться в масштабах государства.
Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что безотходная технология может развиваться в четырех основных направлениях:
1) создание различных видов бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых и перспективных способов очистки. При этом достигается резкое уменьшение потребления воды, но, как правило, образуется вторичное загрязнение в виде твердых осадков или насыщенных растворов;
2) разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые следует рассматривать не как экологическую нагрузку, а как BMP. Необходимо учитывать, что при эксплуатации современных систем водо- и газоочистки образуются твердые отходы, представляющие собой сложную концентрированную смесь загрязняющих веществ;
3) организация принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить этапы переработки или технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов;
4) разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри ТПК, имеющих минимум выбросов.
Выделение токсичных компонентов из отходящих газов и сточных вод осуществлялось в основном для перевода этих компонентов в безвредную форму и редко сочеталось с их повторным использованием. Во многих случаях пытались уменьшить концентрацию токсичных отходов при выводе их в биосферу. Меры по сокращению отходов и отходящего тепла при производстве продукции, а также по вторичному использованию этих отходов реализовались преимущественно в целях экономии материалов и энергии и не рассматривались как меры по охране окружающей среды.
Постоянное увеличение использования естественных ресурсов, усиленное загрязнение окружающей среды требуют реализации стратегии безотходной технологии. Основы этой технологии заключаются в том, что неиспользованные отходы производства одновременно являются не полностью использованными природными ресурсами и источником загрязнения окружающей среды. Снижение количества используемых отходов по отношению к количеству изготавливаемой продукции позволит произвести больше изделий из того же количества сырья и явится вместе с тем действенной мерой охраны окружающей среды.
Биосфера дает природные ресурсы, из которых в сфере производства изготавливаются изделия, при этом образуются отходы. Во многих случаях после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье или как вторичные носители энергии. Если по техническим или технологическим причинам это невозможно или экономически невыгодно, то их необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.
Предложено общее уравнение баланса по сферам производства и потребления:
R = A(1 — S m) + S, .
где R – расход природных ресурсов, кг/с; А – образующееся в сферах производства и потребления количество отходов, кг/с; S m – средний коэффициент использования отходов, кг/кг; S – количество веществ, накапливающихся в сферах производства, кг/с.
Снижение удельного неиспользуемого количества отходов производства A (1 — S m) и тем самым удельного расхода природных ресурсов возможно за счет уменьшения образующегося удельного количества (А) отходов производства или за счет повышения коэффициента использования отходов (S m). Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Первичная цель безотходной технологии – настолько уменьшить выводимый в единицу времени в биосферу поток массы неиспользуемых отходов, чтобы сохранилось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось наличие основных природных ресурсов.
Конечное достижение безотходности производства обусловливается наличием n количества ступеней переработки отходов всех видов. Система становится безотходной, когда на n-й стадии выделяется такое количество отходов, которое не оказывает заметного отрицательного воздействия на окружающую среду. Если отходы на некоторых ступенях направляются снова на переработку, в начальной стадии получается БТС закрытого или частично закрытого типа .
· сырье, полуфабрикаты, энергия, средства охлаждения : максимально использовать отходы и отходящее тепло; минимально использовать сырье, полуфабрикаты и рабочую энергию при добыче и изготовлении которых образуются относительно большие количества ПО и отходящего тепла или которые имеются лишь в ограниченном объеме (например, электроэнергия или охлаждающая вода); насколько возможно, избегать использования сырья, содержащего высокую долю бесполезных примесей;
· техническое оборудование : использовать технические устройства с продолжительным сроком службы и малой массой, изготовленные в соответствии с требованиями безотходной технологии; использовать технические устройства оптимального принципа действия, например, с высокой степенью отделения или с высоким коэффициентом тепло- и массопередачи, при минимальной потере давления и малых потерях тепла;
· основные процессы : использовать неэнергоемкие процессы с высокой избирательностью; применять высокоэффективные каталитические процессы;
· технологическая схема : применять принцип противотока или циркуляции; избегать принципа прямотока и смешения;
· параметры процесса : выбирать оптимальные температуры реакции; выбирать малые движущие силы; исключать предельные технологические параметры, например, температуры и давления;
· изделия : закладывать в конструкцию (состав) изделия малую удельную массу;, предусматривать продолжительный срок его службы, а также минимальное образование отходов и отходящего тепла при его использовании; обеспечивать пригодность износившегося (израсходованного) продукта в качестве вторичного сырья (вторичного носителя энергии);
· отходы, отходящее тепло : получать отходы в утилизируемой форме.
Поскольку эти требования частично противоречат друг другу, а частично не реализуемы из-за отсутствия возможностей, то для каждого технологического процесса необходимо искать оптимум с учетом производительности труда и экономии.
Одним из перспективных, выгодных и развивающихся направлений использования ПО, входящих в систему безотходных технологий, является обмен ими как между предприятиями внутри стран, так и между государствами с целью использования их в подходящих технологических процессах.
Так, широко развит экспорт и импорт полимерных отходов в странах ЕЭС, а также Австрии, Швейцарии и Скандинавских странах. Особым спросом пользуются отходы полимеров: полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида и ацетата целлюлозы. Ведущее положение в европейском обмене отходами занимают Италия (ежегодный импорт составляет свыше 90 тыс. т полимерных отходов), ФРГ (экспорт 65 тыс. т) и Франция (экспорт 50 тыс. т). Япония, Китай и другие страны большую часть потребности в металле удовлетворяют за счет ввоза металлолома из других стран. Китай для производства бумаги ввозит мусор из США.
В настоящее время в странах Западной Европы и США существует два типа посреднических бирж: биржи, поставляющие информацию о количестве отходов, их качественном составе и способах переработки, и биржи, которые непосредственно осуществляют обмен отходами путем нахождения соответствующего потребителя.
Успешное функционирование таких систем, по-своему замыкающих цикл безотходных технологий, возможно на основе автоматизированных средств связи и управления, осуществляющих свои операции в межгосударственных масштабах или в пределах промышленного района. Так, с середины 1970-х годов в ФРГ и Франции путем посредничества бирж между предприятиями реализуются отходы древесины, бумаги, картона, металлов и других ПО. Несмотря на сравнительно небольшие пока контакты между поставщиком и потребителем, такие биржи являются экономически выгодными для государства. Об этом же говорит опыт США и Японии, где действует широкая сеть посреднических бирж, способствующих внедрению прогрессивных технологических процессов обезвреживания и переработки промышленных отходов и обмену отходами между предприятиями.
Для рационального управления комплексной системой сбора, транспортирования, обезвреживания и утилизации отходов и загрязнений в масштабах промышленного региона, отдельной страны или группы стран необходимо иметь оперативную информацию о местонахождении отходов, их количестве, составе и свойствах, возможностях утилизации или обезвреживания. Информационно-поисковые системы позволяют определить и наладить связи «отходы — сырье», «поставщик — потребитель». Координационные центры по взаимному обмену промышленными отходами с целью их дальнейшей утилизации, например, успешно функционируют в Японии.
Резервы безотходных технологий огромны. Подсчитано, что в расчете на душу населения у нас в стране за год перерабатывается до 20 т различного природного сырья, при этом в готовую продукцию переходит всего лишь 5…10 %, все остальное – отходы, неиспользованная часть сырья. В процессе эксплуатации промышленной продукции, по мере износа или морального старения, она также переходит в категорию отходов потребления. Таким образом, практически весь объем взятых у природы материалов возвращается ей, но уже с новыми свойствами, которые приводят к нарушению экологического равновесия.
Анализ результатов научно-исследовательских работ, проведенный рядом институтов страны, показывает, что практически все виды отходов производства и потребления могут быть использованы в народном хозяйстве в качестве вторичного сырья для получения многих видов товаров технического назначения и народного потребления. Реальность и техническая целесообразность использования отходов доказана, например, практикой работы многих отечественных и зарубежных предприятий различных отраслей промышленности.
В настоящее время все большее значение для использования отходов и отходящего тепла приобретают территориальные связи и сочетания различных технологических процессов с районами коммунального потребления. Так, во многих случаях представляется возможным использовать воду сначала для коммунально-бытовых целей, а затем после очистки, требующей относительно небольших затрат, употреблять на производственные цели.
Бессточная система промышленного использования воды является особым видом БТС, при которой не менее 90 % ее находится в водооборотном цикле и не более 10 % приходится на подпитку свежей водой. При этом необходимо, чтобы количество продувочных вод, сбрасываемых из системы в водоем или на очистные сооружения, не превышало 5 % находящихся в водообороте.
Бессточные системы, в свою очередь, подразделяются на системы с полной утилизацией компонентов или без утилизации , т.е. со складированием в специальных емкостях, накопителях или с закачкой в подземные горизонты. Примером бессточной системы промышленного использования воды могут служить разработанные МосводоканалНИИпроектом и внедренные во многих автохозяйствах страны водоочистные установки «Кристалл», которые работают по замкнутому циклу и позволяют экономить сотни тысяч кубометров ценной питьевой воды.
Экономическая оценка эффективности БТС заключается в определении экономического эффекта от утилизации и переработки отходов на всех стадиях, включая и другие отрасли, а также в расчете предотвращенного ущерба окружающей среде на основе сопоставления БТС и предприятий с традиционной технологией.
Исходя из всего сказанного можно заключить, что дальнейшее развитие экономики в природоохранном аспекте тесно связано с решением проблем более полного использования природных ресурсов и с созданием рециркуляционных материальных и энергетических потоков.
С технологической точки зрения для внедрения безотходных и малоотходных производств непременно потребуется создание новых материалов и веществ, например новых мембранных материалов, ионообменных смол, синтетических флокулянтов, химических реагентов, а также аппаратов и приборов, которые позволят усовершенствовать или интенсифицировать различные процессы разделения сред, обезвреживание и утилизацию отходов. Для расширения масштабов внедрения безотходных технологических процессов необходимо дальнейшее совершенствование способов использования отходов, а также методов экономического стимулирования с целью повышения заинтересованности работников различных отраслей промышленности в подготовке отходов к последующей переработке и утилизации. Немаловажным стимулом является также плановое уменьшение предприятием потребления природного сырья и переход на использование вторичных материальных ресурсов.
Для организации малоотходных и безотходных промышленных производств исключительное значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промышленности. Наиболее благоприятные возможности для кооперирования производств складываются в условиях территориально-производственного комплекса, где планово формируется совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных пропорционально развивающихся объектов различных отраслей народного хозяйства. Эти объекты созданы для совместного решения одной или нескольких определенных народнохозяйственных проблем, выделяются размерами производства и четкой специализацией в масштабах страны и своего экономического района. Они сконцентрированы на ограниченной, обязательно компактной территории, обладающей необходимым набором и количеством ресурсов, достаточных для решения соответствующих заданий.
Кроме того, они эффективно (с позиций народного хозяйства) используют местные и полученные извне ресурсы, обеспечивают охрану окружающей среды, имеют единую производственную и социальную инфраструктуру.
Экономические преимущества при правильном и оптимальном развитии промышленного производства допускают выгодное и целесообразное транспортирование отходов на относительно небольшие расстояния в пределах ТПК, что облегчает решение многих вопросов, связанных с территориальным размещением предприятий.
Комплексное развитие ТПК протекает путем постепенной организации связанных друг с другом производств, при которой продукция одного предприятия становится сырьем или полуфабрикатом для другого. При этом происходит совершенствование отдельных производств с целью сокращения потребления энергии, воды, а также повышения производительности труда и увеличения комплексности переработки первичного сырья.
Создание малоотходных и безотходных ТПК является важным направлением развития народного хозяйства, рационального использования природных ресурсов и сохранения экологического равновесия.
Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и предприятие «Вторалюминпродукт» ввели в эксплуатацию в городе Мценск уникальную пилотную установку производства чугуна и концентрата цветных металлов из техногенных отходов.
Эта разработка вызвала интерес отечественных энергетиков и производителей черных металлов. Дело в том, что более 95% выпускаемого в мире чугуна до настоящего времени производится в доменных печах. Это мощные агрегаты, выдающие в сутки тысячи тонн металла. Но обычные доменные печи требуют подготовленного высококачественного сырья, перерабатывать отходы в них технологически и экономически нецелесообразно или даже невозможно. А ведь только на российских предприятиях ежегодно образуется более 5 миллионов (!) тонн вторичного сырья.
Инновационная печь построена на барботажном принципе, в основе которого лежит подъем пузырей газа в расплаве. Конечной целью процесса является восстановление расплава со смешанным составом до чистого чугуна. Сначала в печи при температуре 1400-1500°С железорудный концентрат превращается в расплав, который затем продувают газообразным монооксидом углерода с примесями диоксида углерода и азота. Образующиеся при этом пузырьки значительно ускоряют химические процессы в ванне и интенсивно перемешивают железистый расплав и шлак (отходы от производства металлов).
Как сообщают разработчики, они усовершенствовали технологию «Ромелт», созданную в СССР на базе МИСиС еще в 1980-е годы, разделили реактор на две зоны: плавильную и восстановительную. На поверхность ванны расплава подаются железосодержащие материалы, энергетический уголь, флюсующие добавки. Уголь при этом вовлекается шлаковыми потоками в нижние зоны ванны, где за счет кислородного потока происходит его горение с выделением углекислого газа и паров воды. Далее расплав перетекает в восстановительную зону, где происходит его окончательное восстановление до чугуна.
По требованию заказчика состав шлака может быть подобран для последующей переработки в шлакокаменные изделия, теплоизоляционную шлаковату, выпуска промежуточных продуктов при производстве цемента. Еще одним преимуществом новой установки является сниженный удельный расход энергии. За счет уникальной конструкции агрегата расходы энергоносителей могут быть доведены до 500 килограммов угля и 500 нм³ кислорода на одну тонну получаемого чугуна. В результате перерабатываются бросовые техногенные отходы, а получают чугун, товарный шлак и концентрат цветных металлов. Отходов в новой российской технологии нет. Пилотный образец предназначен также для отработки технологии безотходной газификации многочисленных углеродсодержащих отходов, включая твердые бытовые отходы.
Загрузка...
