Экологические технологии, безотходные производства и экозащитная техника

Экологические технологии – природоохранные, реабилитаци­онные и производственные (экологически чистые) технологии, приме­нение которых в комплексе позволяет снизить техногенную нагрузку на окружающую природную среду до уровня требований экологической безопасности. В использовании и охране земель – это новые техника и способы воспроизводства плодородия почв, защита их от эрозии, опустынивания, загрязнения; в области использования и охраны вод – это принципиально новые водосберегающие технологии и способы очистки и обеззараживания вод (повторное водоснабжение, замкнутый водный цикл); в охране атмосферного воздуха – новые технологии и оборудование для очистки вредных промышленных отходов, газов, пыли, сажи, токсичных веществ, внедрение новых видов топлива, в области охраны лесов, растительного и животного мира – новые технологии и средства по сохранению их генетического фонда и многообразия, рыб­ных запасов, заповедного дела. При использовании и охране недр раз­рабатываются экологические техника и технология по рациональному использованию минеральных ресурсов, глубокой переработке и утилиза­ции отходов.

Более полное использование ресурсов на стадии их добычи и перера­ботки и экономия продуктов переработки имеют значительные возможнос­ти для экономии природных ресурсов и уменьшения техногенного воздействия на среду. Здесь достаточно упомянить, что с использованием отечественных технологий нефтедобычи извлечение нефти из месторождения еще несколько лет назад не превышало 40-50 %, а передовые западные технологии позволяют повысить коэффициент нефтеотдачи до 60 и более процентов. Крупномасштабным ресурсом углеводородного сырья на нефтяных месторождениях Западной Сибири представляется использование попутного газа, кото­рый часто сжигается в факелах на малодебитных или удаленных от трасс газопроводов месторождениях из соображений чисто экономической целесообразности. Аналогично этому, при существующих методах шахтной добычи угля его остается в недрах до 50%, так как наряду с выработками в соответствии с традиционными технологиями угледобычи оставляют так называемые целики, составляющие опору для предотвращения обрушения вышеле­жащих грунтов. Использование новых наукоемких технологий позволяет существенно повысить извлекаемость угля.

Безот­ходные технологии – производственные технологические процес­сы, в которых достигается минимальный объем отходов и выбросов (сбросов) в окружающую среду. Использование безотходных технологий в деревопереработке, где в ряде производств отходы доходят до 90 и более %, позволяет рационально рас­ходовать древесину. В настоящее время в этой отрасли в России потребляется в основном стволовая древе­сина, другие ее виды (ветви, пни, корни и т.д.) остаются на лесосеках, а это около 50 % биомассы. Созданная в Швеции технология «полного использования дерева» позволяет в основном за счет использования пней и кор­ней получать ежегодно дополнительно продукции в объе­ме, соответствующем 25-30 млн. кубометров древесины. С точки зрения энергетики это эквивалентно примерно 5 млн. т. нефти.

Создать производство полностью безотходным невозможно, по­этому в данном случае следует говорить о малоотход­ных ресурсосберегающих технологиях. Создание таких технологий предполагает качественное изменение про­изводства, направленное нареализацию следующих принципов:

• комплексная переработка сырья с использованием всех его ком­понентов;

• интенсификация производственных процессов на основе их ав­томатизации, электронизации и роботизации; внедрение науко­емких, высокотехнологичных автоматизированных систем;

• цикличность и замкнутость материальных потоков при миними­зации производственных отходов;

• создание интегрированных технологий, охватывающих сферы природопользования, производства и потребления.

Значительные резервы имеются в переработке отходов и вторич­ном использовании сырья. В связи с этим уместно напомнить известное шутливое выражение: «отходы – это природные ресурсы, оказавшиеся в ненадлежащем месте и в ненадлежащее время». Вторичное использование сырья это не только инструмент экономии ресурсов, но и средство уменьшения загрязнения среды. Так, выплавка стали из руд требует в 2-3 раза больше энергии, чем при ее получении из металлолома. Но еще в большей степени сокра­щается загрязнение среды, так как переработка металлолома практически не дает отходов.

Большие возможности экономии энергии и ресурсов заключены в переходе на новые, так называемые наукоемкие, технологии. Примерами таких технологий являются рассмотренные выше технологии повышения нефтеотдачи и шведская технология полной переработки древесины. Уже в настоящее время имеются образцы автомобилей, которые благодаря применению новых технологий (небольшой вес, до­жигание топлива, совершенные аэродинамические качества кузова) позволяют рас­ходовать не более 2,5 л топлива на 100 км пробега. К таким автомоби­лям относится, в частности, одна из моделей «Вольво», способная пе­ревозить 4-х пассажиров при расходе топлива 2,6 л на 100 км. Примеры таких технологий можно продолжать. Например, совершенная теплоизоляция в домах позволяет умень­шить энергопотребление для их обогрева в 3-10 раз. Общеизвестно, что в 3-4 раза уменьшается рас­ход энергии при замене ламп накаливания на люминесцентные лампы. Более того, срок службы последних в 6-7 раз больше, чем ламп накаливания. Переход на электродуговые печи вместо мартеновских в сталелитей­ном производстве дает до 50 % экономии энергии.

Перспективным технологическим направлением в рациональном приодопользовании рассматривается разработка и использование новых технологий, позволяющих постепенно переходить от очистки выбросов и стоков загрязнителей к использованию их (как отходов производства) в виде вто­ричного сырья для производства полезных материалов. Циклы реутилизации вторичного сырья включают производство различных изделий, сжигание органи­ческих отходов с получением полезной энергии, переработку мусора в компост, получение биогаза, обеспечение биотехнологий и др. Пере­ориентация различных производств на малоотходные циклы основана на создании совершенного очистного и средозащитного оборудова­ния, «экологизированной» техники, мусороперерабатывающих агрега­тов и предприятий.

В ряде развитых стран такая «экологизированная промышленность» ока­зывается в ряду высокорентабельных производств, заметно расширяет сферу занятости и приносит немалую прибыль. Возникает ситуация, при кото­рой экологические требования не противоречат экономическим инте­ресам, когда капитал приобретается не за счет ухудшения состояния среды, а благодаря решению экологических проблем. Этот процесс получил название экологизации производства.

Экологизация промышленного производства направлена на одновременное повышение экономической эффективности и снижение уровня техногенного воздействия на природную среду. Существует несколько принципиальных направлений сниже­ния уровня этого воздействия:

• изменение отраслевой структуры производства с уменьшением
относительного и абсолютного количества высо­коотходных производств и исключением выпуска неэкологичной (экологически нечистой) продукции;

• кооперирование разных производств с целью максимального использования отходов в качестве вторичных ресурсов; созда­ние производственных объединений с высокой степенью замкнутости ма­териальных потоков сырья, продукции и отходов;

• за мена традиционных производственных технологий новыми, наукоемкими ресурсосберегающими и малоотходными техно­логиями;

• создание и выпуск новых видов продукции с длительным сроком жизни и пригодных для возвращения в производственный цикл после их физического и морального износа;

• совершенствование процессов очистки производственных выбросов (сбросов) от экологически опасных загрязнителей;

• разработка и внедрение эффективных средств улавливания и утилизации отходов для создания природоохранных технологий.

Каждое из этих направлений способно решить лишь отдельные локальные задачи. Для повышения экологической безопасности производства в це­лом необходимо их комплексное использование.

Как уже ранее отмечалось, ситуация с отходами относится к числу наиболее сложных экологических проблем. Для утилизации отходов необходимо преодолеть ряд организационных и технологических труд­ностей. Главная организационная проблема – раздельный сбор и сор­тировка отходов, особенно твердых бытовых отходов (ТБО). Главные технологические трудности связаны с высокой энергоемкостью пере­работки отходов и ее вредным воздействием на окружающую среду.

Современный уровень развития техники и экономически доступные технологии пока не позволяют утилизировать все виды отходы. Поэтому для централизо­ванного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов со­здаются специальные полигоны отходов. Требования к устройству полигонов и порядок захоронения на них отходов регламентируется соответствую­щими нормами и правилами. Однако полигоны помогают лишь частично ре­шить проблему, так как отходы в принципе не могут быть ликвидирова­ны без глубокого преобразования входящих в них веществ и материа­лов.

Перспективным рассматривается подход к утилизации отходов, предложенный новосибирским институтом «Гипроцветмет». Подход ос­нован на реализации концепции ресурсовозобновляющих технологий, позволяющих создавать многопрофильные комбинаты нового поколения с условным названием «Экополигон». По расчетам авторов проекта, такие комбинаты способны пе­рерабатывать все виды отходов, образуемых на территории региона (горо­да), причем от 80 до 100% из них превращаются во «вторичные при­родные ресурсы и биосферные вещества». Заводы комбината имеют узлы геохимической, физико-химической и биотехнологической пере­работки отходов. На завершающей стадии переработки формируется биосистема, в которой искусственно вырабатываются вещества, при­годные для включения в природный круговорот. Вторичные ресурсы могут применяться в промышленности и городском хозяйстве в каче­стве стройматериалов, биотоплива и других полезных продуктов. Пред­лагаемый вариант решения проблемы помимо несомненного экологи­ческого эффекта сулит и большие экономические выгоды, несмотря на значительные вложения в строительство экополигонов.

Совокупность технических средств и технологических процессов, предназначенных для защиты окружающей природной среды от техногенных воздействий называется экозащитной техникой. Используемые при ее создании методы и средства защиты окружающей среды можно разделить на две группы: активные и пассивные. Активные методы и средства, ориентированныенепосредственно на источник заг­рязнения, позволяют свести к минимуму поступление в среду всех видов отходов. Главными из них являются уже рассмотренные выше, в частности, малоот­ходные технологии. Пассивные методы и средства не оказывают прямого воздействия на источник загрязнения, они носят защитный характер и служат для ослабления негативного воздействия от­ходов и различных агентов загрязнения на природную среду. К ним относятся рациональное размещение и локализация источников загрязнения, системы очистки газовых выбросов и сточных вод, установки для переработки, утилиза­ции и обезвреживания отходов, глушители шума, виброизоляторы тех­нологического оборудования, экраны для защиты от ионизирующих и электромагнитных излучений и т.п.

В охране воздушного бас­сейна от загрязнения наиболее эффективными являются технологические процессы, обеспечи­вающие минимальный объем газообразных отходов, локализацию ток­сичных веществ в зоне их образования и значительную замкнутость га­зовых потоков. Основным направлением снижения вредных выбросов в настоящее время здесь остается внедрение систем газоочистки, в которых использу­ются методы электрической, адсорбционной, ката­литической и термической очистки воздушных выбросов.

В реализации мероприятий по защите водных объектов от промышленных загрязнений эффективным оказывается применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения. В очистке сточных вод находят применение разнообразные методы, в том числе, механические (фильтрация, процеживание, отстаивание), химические (нейтрали­зация, окисление и восстановление), биологические, физико-химичес­кие и комбинированные методы.

Для защиты от вредных воздействий физического загрязнения широко используются средства радиационной защиты, средства защиты от шума, вибраций и других видов излучений. Средства защиты от шума, особенно актуальные на производствах и в больших го­родах, обеспечивают снижение шума как за счет уменьшения мощности источника шумового воздействии так и путем экранирования и увеличения расстояния до источников излучения. Защита от опасных вибра­ций достигается путем создания систем виброизоляции, виброгашения, виб­родемпфирования.