Основы безотходной технологии

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА.

1. Экологические проблемы технологического прогресса.

2. Основы безотходной технологии.

3. Охрана воздушного бассейна и защита водных ресурсов от загрязнения.

1.

Одним из главных источников загрязнения окружающей среды явля­ется промышленное производство, в которое вовлекаются значительные объемы природных ресурсов.

Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий: именно совершенствование технологических процессов промышленного производ­ства — реальный путь к построению гармоничных отношений общества, производства и природы.

В отличие от природы, которая существовала и до появления человека, окружающая среда — продукт взаимодействия человека и природы. При этом

взаимосвязь между производством и окружающей средой — не про­сто взаимный обмен энергией, веществом и информацией, а направлен­ный технологический процесс присвоения человеческим обществом при­родных ресурсов.

Поэтому именно с помощью технологических средств производство и окружающая среда должны находиться в динамическом равновесии. Нарушение данного равновесия, с одной стороны, может привести к сворачиванию производительной деятельности и ухудшению потребления, с другой — к ухудшению состояния окружающей среды. К сожалению, как показывает практика, указанное равновесие, или соответствие между производством и окружающей средой, не всегда выдерживается и нарушается в сторону возрастания экологических проблем.

Изменения в окружающей человека природе, связанные с производ­ством материальных благ, можно разделить на преднамеренные, заранее прогнозируемые и осуществляемые с определенной целью (строительство плотин, орошение, рубка леса) и попутные, неизбежно связанные с пред­намеренными (затопление земель, засоление почвы).

Анализ общественного производства показывает, что образование отходов не является неизбежностью. Отходы — критерий несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой.

Промышленными отходами называют побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли раци­онального применения.

Промышленные отходы образуются в основном за счет:

– наличия примесей в исходном сырье, т.е. его компонентов, которые не используются в данном технологическом процессе для получения гото­вого продукта;

– применения в процессах вспомогательных веществ, которые отрабатываются и становятся непригодными для дальнейшего использования (ка­тализаторы, растворители, сорбенты, фильтрующие материалы);

– протекания побочных химических реакций, приводящих к образова­нию неиспользуемых веществ;

– несовершенства технологии обработки предмета труда, неполного извлечения ценного компонента из исходного сырья в ходе технологическо­го процесса;

– механических потерь продуктов из-за негерметичности оборудования и коммуникаций.

Современное промышленное производство представляет собой от­крытую технологическую систему, в которую поступает непрерывный по­ток природных ресурсов (руда, нефть, вода, воздух и т.д.), а исходит двухструйный поток: готовая продукция и отходы (пыль, аэрозоли, пары, сто­ки, шлаки и т.д.). Часть готовой продукции может снова поступать в про­изводство в качестве сырья, с образованием новой порции отходов. В ко­нечном счете, готовая продукция используется в быту, где рано или поздно целиком превращается в жидкие, газообразные или твердые отходы.

Все отходы (назовем их первичными) содержат, как правило, ценные компоненты, которые целесообразно после дополнительной технологи­ческой обработки возвращать в полезный оборот.

Следует, однако, иметь в виду, что данное явление связано с расходом дополнительной энергии и средств. Поэтому целесообразность обработки первичных отходов с целью извлечения нужных компонентов необходимо обосновать экономически и экологически.

В зависимости от места переработки первичные отходы можно разде­лить на две группы:

– отходы, которые целесообразно перерабатывать непосредственно там, где они получаются, особенно когда их нецелесообразно или невоз­можно транспортировать (например, газовые выбросы);

– отходы, которые целесообразно отправлять на специальные заводы в качестве сырья.

Если рассматривать возможные пути уменьшения отходов на каждой из стадий технологических процессов общественного производства, то видно, что они одновременно приводят к интенсификации данного про­цесса и увеличению его эффективности.

По своему назначению и типу исполнения можно выделить следующие варианты устранения загрязнения окружающей среды.

1. Изоляция отходов-загрязнений. Смысл этого приема заключается в захоронении определенных загрязнений в отдаленных от повседневных сфер человеческой деятельности местах: в заброшенных шахтах, скважи­нах, на дне Мирового океана и т.д. Но спрятать в природе ничего невоз­можно. Так или иначе, захороненные отходы вовлекаются в природный круговорот веществ и трудно предсказать, к каким печальным последстви­ям это может привести в будущем. Вот почему, несмотря на кажущуюся простоту и доступность данного метода, использование его необходимо резко ограничить, а в перспективе — прекратить.

2. Переработка вредных загрязнений в менее токсичные или нетоксичные, перерабатываемые самой природой. Такой путь позволяет уничтожить вред­ные выбросы, загрязняющие окружающую среду. Однако его реализация требует больших капитальных затрат и сопровождается потерями природ­ных ресурсов (не только сырьевых, но и энергетических). Причем никако­го изменения затрат этот путь не предусматривает.

3. Превращение загрязнений во вторичное сырье или дополнительные продукты потребления. При таком подходе определенная часть затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений возмещается ценност­ной стоимостью получаемых продуктов потребления или вторичного сырья и в то же время достигается определенная экономия природных ресурсов.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных пути решения экологических проблем:

Первый путь — более радикальный, но, к сожалению, не всегда технически реализуемый. Он заключается в разработке таких технологических процессов производства, которые в максимальной степени уменьшали бы выброс отходов в окружающую среду, т.е. приближались к природным процессам или имитировали их. Речь идет о создании безотходных (или хотя бы малоотходных) технологий, которые бы максимально экономили исходное сырье, топливно-энергетические ресурсы и обеспечивали охра­ну окружающей среды.

Второй путь — путь борьбы скорее не с причинами, а со следствиями выброса вредных веществ в природу, не является кардинальным, но в современных условиях развития техники, технологии, общественного производства в целом, пока является наиболее реализуемым. Данный путь — очистка вредных выбросов промышленных предприятий, направляемых в окружающую среду. Он получил в настоящее время наибольшее приме­нение, хотя дальнейшее продвижение по нему в будущем видится непер­спективным, поскольку даже самая эффективная очистка выбросов не предотвращает их возникновения. Объясняется это также и тем, что с по­мощью очистных сооружений не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, а в процессе очистки происходит превращение одних видов загрязнений в другие. Кроме того, строительство надежных очистных сооружений обходится довольно дорого.

Основы безотходной технологии.

Термин ''безотходная технология" широко используется в настоящее время как в специальной, так и в научно-популярной литературе.

В соответствии с определением, принятым Европейской экономиче­ской комиссией ООН, безотходная технология есть практическое приме­нение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках челове­ческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защиту окружающей среды.

Существует и другое общепринятое определение. Безотходная технология — это способ осуществления производства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырье­вые ресурсы — производство-потребление — вторичные ресурсы таким образом, чтобы любые воздействия на окружающую среду не нарушали нормального функционирования.

Следовательно, под термином "безотходная технология" понимается такой способ организации производства и потребления продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются все компо­ненты сырья, энергии и не нарушается экологическое равновесие, а кон­цепция безотходной технологии по аналогии с природными экосистемами предполагает создание энергии в производственном цикле.

Создание безотходных технологических процессов базируется на следующих предпосылках.

Исходные природные ресурсы должны добываться однажды для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов.

Создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая позволя­ла бы после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходное сырье нового производства.

Совершенно очевидно, что такая схема практически неосуществима. Полная замкнутость системы как по веществу, так и по энергии невоз­можна, так как каждый новый этап цикла сырье — производство-потреб­ление — сырье требует дополнительных затрат энергии из-за потерь в ок­ружающую среду и вовлечения новых природных ресурсов из-за несовер­шенства современных технологий и неизбежного износа используемых материалов.

Таким образом, термин "безотходная технология" носит идеализирован­ный характер. Вот почему в реальных ситуациях необходимо стремиться к подобному состоянию. При этом степень безотходности будет служить ме­рой совершенства технологии и организации производства и потребления.

Безотходная технология предусматривает создание:

· безотходных, замкнутых в процессе производства технологических цик­лов многократного использования одного и того же вещества;

· технологических процессов, экологически связанных с окружающей средой и природой в целом.

В соответствии с возможными направлениями решения вопроса взаимодействия производства с окружающей средой могут быть выделены три типа производств:

– замкнутое безотходное, когда в реализуемой в нем технологии одно­временно с получением конечных продуктов осуществляется практически полная переработка промежуточных отходов;

– производство, возвращающее природе побочные продукты или отходы в природном состоянии;

– производство, возвращающее природе отходы для переработки (при условии гарантированного полного обеспечения этой переработки).

Первым условием создания безотходного производства является выбор такой технологии, в которой отсутствуют или сведены к минимуму стоки и выбросы.

Принципиальное отсутствие отходов и выбросов — критерий совершенства любого технологического процесса.

Вторым условием создания безотходной технологии является анализ ее взаимосвязи с предшествующим и последующим технологическими процессами: удачное для данной технологии экологическое решение может быть неприемлемым для ее окружения и (более того) сделать производство в целом экологически значительно опасным. Иными словами, нельзя ре­шать свои проблемы в ущерб другим и за счет других.

Третье условие заключается в том, что оптимальный технологический процесс должен быть не только экологически безопасным, но и отличать­ся высокой производительностью, минимальными затратами живого и прошлого труда на единицу продукции.

Четвертое условие — критическое отношение к решениям, кажущимся простыми и легкими. На первый взгляд традиционная очистка сточных вод и отходящих газов — простейшее решение. Оно кажется самым доступ­ным и решающим все проблемы. На самом же деле использование очистки мешает решению главной задачи — разработке или усовершенствованию технологического процесса, когда не будет выбросов или их утилизи­руют. Иными словами, надо устранять причину появления отходов, а не бороться со следствиями.

Пятым условием создания безотходной технологии является использование технических решений, обеспечивающих надежную, стабильную и безаварийную работу технологической системы, исключающую выброс вредных компонентов в окружающую среду даже при незапланированной остановке технологического оборудования.

Разнообразие средств и методов очистки позволяет выбрать наиболее целесообразный способ и схему очистки для конкретного производствен­ного случая.

Важнейшим критерием выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности или малоотходности являются:

– безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздушном и водном бассейнах;

– эффективное осуществление технологического процесса;

– использование возможных более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов и жидкостей;

– обеспечение возможности получения небольшого количества концен­трированных отходов, которые легче обезвредить, чем большого;

– незначительный объем разбавленных вредных отходов, сбрасываемых в воду и рассеиваемых в атмосфере, даже при концентрациях, меньше пре­дельно допустимых.

Основой для организации и развития безопасных промышленных производств являются следующие направления:

– комплексная переработка сырья;

– разработка новых технологий, позволяющих существенно уменьшить или полностью исключить вредное воздействие промышленных отходов на окружающую среду;

– разработка эффективных методов очистки газообразных, жидких и твердых промышленных выбросов;

– внедрение замкнутых технологических циклов, водооборотных циклов и бессточной технологи;

– кооперирование различных производств с целью использования одних отходов в качестве сырья для других;

– создание безотходных территориально-промышленных комплексов.

Комплексная переработка сырья является важнейшей не только экологической, но и экономической задачей, основой создания безотходных промышленных производств, поскольку отходы производства есть неиспользованная или недоиспользованная часть сырья.

Разработка экологически безвредных технологических процессов — одна из глобальных задач научно-технологического развития производ­ства, от успешного решения которой зависит будущее всего человечества.

3. Охрана воздушного бассейна и защита водных ресурсов от загрязнения

Атмосфера – газовая оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Приземной слой атмосферы имеет постоянный газовый состав: азот, кислород, аргон, неон, гелий, криптон и ксенон (инертные газы) представлены в микродозах. Переменными компонентами приземного слоя являются: диоксид (СО₂) и оксид (СО) углерода, озон, оксиды серы и азота, метан, аммиак, пары воды и др.

Внесение в атмосферу новых, не характерных для нее агентов или превышение естественного среднего многолетнего уровня этих агентов в среде называется загрязнением, а сами агенты – загрязнителями.

Основными загрязнителями являются газообразные вещества: диоксид серы, угарный газ, аммиак, углекислый газ, соединения фтора, хлора, сероводород, непредельные углеводороды и аэрозоли – пары кислот, щелочей, фенолы.

Из твердых частиц в атмосферу попадают несгоревшие частицы угля, золы, кремнезема, соединений натрия, кальция, фосфора. В последнее время возросло и биологическое загрязнение атмосферы.

Все вещества, загрязняющие атмосферу, классифицируют:

· по природе – материальные, энергетические;

· по агрегатному состоянию – твердые, жидкие, газообразные;

· по степени опасности – чрезвычайноопасные (ртуть), высокоопасные (диоксид серы и оксиды азота), умеренно опасные (сажа), малоопасные (бензин);

· по воздействию на организм – общесоматические (вызывают отравление всего организма – мышьяк, ртуть, угарный газ); раздражающие (вызывают раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек – хлор, аммиак); аллергические (лаки, растворители); концерогенные (вызывают злокачественные опухоли – радон, асбест); мутагенные (изменение наследственной информации – свинец, радий, уран).

Выбросы промышленных предприятий подразделяются на неорганизованные и организованные. Неорганизованные – выбросы газов, паров, пыли, сточных вод, которые образуются в результате неплотностей в аппаратах, установках, трубопроводах и т.д. Организованные выбросы – это выбросы, которые отводят от мест их образования системой воздуховодов, газоводов.

При организации любого производства необходимой стадией является промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов.

Промышленная очистка - это очистка газа с целью последующей утилизации или возврата в производство отдельного газа или превращенного в безвредное состояние продукта.

Санитарная очистка – это очистка газа от остаточного в газе загрязняющего вещества, при которой обеспечивается соблюдение в воздухе предельно допустимых концентраций. Санитарная очистка газовоздушных выбросов производится перед поступлением отходящих газов в атмосферу.

Для контроля за состоянием атмосферы разработаны специальные санитарно-гигиенические нормы.

Предельно-допустимая концентрация – это максимальная концетрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него или окружающую среду вредного воздействия.

Защита водных ресурсов от загрязнения.

Промышленные предприятия образуют большое количество вторичных материальных ресурсов, отходов, а также сточных вод (вод, предназначенных для спуска в водоемы или канализацию после использования в производственном цикле).

Сточные воды представляют сложную физико-химическую систему. Они могут содержать в своем составе пожаро- и взрывоопасные вещества, соединения, агрессивные по отношению к трубопроводам, очистным сооружениям, поверхностно-активные вещества, приводящие к пенообразованию.

Показателями загрязненности сточных вод являются:

· органолептические (цвет, запах, прозрачность, мягкость);

· физико-химические (температура, значение рН, жесткость, общее солесодержание);

· общее содержание растворенных веществ (в частности, кислорода);

· общее содержание органических веществ;

· химическое и биологическое потребление кислорода.

Согласно действующему законодательству, в водоемы могут сбрасываться только нормативно-очищенные сточные воды.

Под очисткой сточных вод понимают обработку воды с целью разрушения или удаления из них определенных веществ.

Очистку и обработку сточных вод проводят гидромеханическими, физико-химическими, химическими, биологическими, термическими методами.

Очистить сточные воды так, чтобы они отвечали требованиям производства, намного легче и проще, чем очистить их до такой степени, чтобы они отвечали требованиям окружающей среды.

Большое значение имеет разработка новых технологий очистки сточ­ных вод и газовых выбросов.

Наряду с широко используемой и эффективной биологической очис­ткой сточных вод с применением микроорганизмов и по сути воспроизво­дящей процессы самоочистки в природных водоемах начинают находить применение адсорбционная и электрохимическая очистка. Перспектив­ными способами очистки сточных вод являются озонирование, электрокоагуляция, электродиализ, гиперфильтрация, радиационная очистка, мембранные методы этой операции.