Основные принципы создания безотходных производств

 

Рассмотрим основные понятия, которые потребуется использо­вать при рассмотрении вопросов создания безотходных произ­водств.

Отходы производства - остатки сырья, материалов и полу­продуктов, образующиеся при получении заданной продукции, которые частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют стандартам (техническим условиям). Эти остатки после соответствующей обработки могут быть использованы в сфере производства или потребления.

Отходы потребления - это непригодные для дальнейшего ис­пользования (по прямому назначению) изделия производствен­но-технического и бытового назначения (например, изношен­ные изделия из пластмасс и резины, вышедший из строя ша­мотный кирпич теплоизоляции печей и др.).

Побочные продукты образуются при физико-химической пе­реработке сырья наряду с основными продуктами производства, но не являются целью производственного процесса. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТ, ТУ и утвержденные цены, их выпуск планируется. Чаще всего это содержащиеся в сырье компоненты, не используемые в данном производстве, или продукты, которые получаются при добыче или обогащении основного сырья; их принято называть попутными продуктами (например, попутный газ при добыче нефти).

Вторичные материальные ресурсы (BMP) - совокупность отхо­дов производства и потребления, которые могут быть использо­ваны в качестве основного или вспомогательного материала для выпуска целевой продукции.

Между производством и окружающей средой до сих пор до­минирует открытый тип связи. Производственный процесс на­чинается с использования природных ресурсов и завершается превращением их в средства производства, предметы потребле­ния. За процессом производства следует процесс потребления, после чего использованные продукты выбрасываются.

Таким образом, открытая система базируется на принципе одноразового использования исходного материала природы.

Каждый раз производство начинается с использования некото­рых новых природных ресурсов, и каждый раз потребление за­канчивается выбросами отходов в окружающую среду. Как было показано выше, весьма небольшая часть природных ресурсов превращается в целевые продукты, большая часть их попадает в отходы.

Биосфера функционирует по принципу встроенности систем: каждая форма конструируется за счет деструкции других форм, составляя звено всеобщего кругооборота вещества в природе. Производственная деятельность вплоть до самого последнего времени строилась по другому принципу - максимальной экс­плуатации природных ресурсов и игнорирования проблемы де­струкции отходов производства и потребления. Этот путь был возможен лишь до тех пор, пока масштабы отходов не превы­шали границ способности экологических систем к самовосста­новлению.

Таким образом, назрела необходимость перехода к принци­пиально новой форме связи между производством и окружаю­щей средой - к замкнутым системам производства, предпола­гающим возможно большую встроенность производственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе.

При замкнутой системе производство строится, опираясь на следующие фундаментальные принципы:

1) возможно более полное использование исходного природ­ного вещества;

2) возможно более полное использование отходов производ­ства и потребления (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для последующих ступеней производства);

3) создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и по­требления могли быть ассимилированы экологическими систе­мами.

Сложившееся сегодня положение в области ресурсопотребления и масштабы промышленных выбросов позволяют сделать вывод о том, что имеется только один путь решения проблемы оптимального потребления природных ресурсов и охраны окру­жающей среды - создание экологически безвредных технологи­ческих процессов, или безотходных, а на первое время - мало­отходных. Это единственный способ, подсказанный самой при­родой.

В ноябре 1979 г. в Женеве на совещании по охране окру­жающей среды в рамках Организации Объединенных Наций (ООН) была принята "Декларация о малоотходной и безотход­ной технологии и использовании отходов". В соответствии с Декларацией под безотходной технологией понимается такой принцип функционирования промышленности и сельского хо­зяйства региона, отрасли, а также отдельных производств, при котором рационально используются все компоненты сырья и энергия в цикле и не нарушается экологическое равновесие:

Под малоотходным производством понимают такое производ­ство, вредные последствия деятельности которого не превышают уровня, допустимого санитарными нормами, но по техниче­ским, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение.

Конечно, концепция безотходной технологии в некоторой степени носит условный характер. Под безотходной технологией понимается теоретический предел, идеальная модель производ­ства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда и малоотходная техно­логия), но с развитием технического прогресса - со все боль­шим приближением. Технологические процессы с минималь­ными выбросами, при которых способность природы к само­очищению в достаточной степени может предотвратить возник­новение необратимых экологических изменений, называют иногда "экологической технологией", "малоотходными процес­сами", "безвредной технологией". Однако название "безотход­ная технология" получило наибольшее распространение. Связь биосферы и техногенной деятельности человека показаны на рис. 4.3.

Стратегия безотходной технологии исходит из того, что не­используемые отходы производства являются одновременно не полностью использованными природными ресурсами и источ­ником загрязнения окружающей среды. Снижение удельного выхода неиспользуемых отходов в расчете на товарный продукт технологии позволит произвести больше продукции из того же количества сырья и явится вместе с тем действенной мерой по охране окружающей среды.

Биосфера дает нам природные ресурсы, из которых в сфере производства получаются конечные продукты, при этом образуются отходы. Продукты используются либо в сфере производ­ства, либо в сфере потребления, и вновь образуются отходы. Под отходами понимаются вещества, не обладающие на первых порах потребительской ценностью. Во многих случаях при не­обходимости после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье (вторичные материальные ресурсы) или как вторичные носители энергии (вторичные энергоресурсы). Если по техническим или технологическим причинам невозможно или экономически невыгодно перераба­тывать отходы, то их необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.

 

Рис. 4.3. Связь биосферы и техногенной деятельности человека

 

Можно составить следующий баланс по сферам производства и потребления, исходя из закона сохранения материи:

,

где R - расход природных ресурсов, кг/с; А - масса образующихся отходов в сферах производства и потребления, кг/с; j _m - средний коэффициент исполь­зования отходов, кг/кг; S - масса веществ, накапливающихся в сферах произ­водства и потребления вследствие постоянного роста производства, кг/с.

Анализ балансового уравнения показывает, что снижение удельного количества неиспользуемых отходов производства А (1 - j _m) и тем самым удельного расхода природных ресурсов R возможно:

за счет уменьшения удельного выхода отходов производства А;

за счет повышения коэффициента использования отходов j _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 неиспользованных отходов, чтобы сохранялось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов.

В создании безотходной технологии определились следующие четыре принципа:

1) разработка и внедрение различных бессточных технологи­ческих схем и водооборотных циклов на базе эффективных ме­тодов очистки;

2) разработка и внедрение принципиально новых технологи­ческих процессов, исключающих образование любых видов от­ходов;

3) создание территориально-промышленных комплексов, т. е. экономических районов, в которых реализована замкнутая си­стема материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса;

4) широкое использование отходов в качестве вторичных ма­териальных и энергетических ресурсов.

Анализ существующей ситуации, расчеты и прогнозы на бу­дущее убедительно показывают, что реализация безотходных производств во всех отраслях промышленности возможна при условии активного использования достижений науки и техники, и в первую очередь химической технологии.

Особенность химической технологии состоит в том, что она способна превратить в ресурсы не только свои собственные от­ходы, но и отходы других производств. В связи с этим химия и химическая технология способствуют решению таких коренных проблем охраны природы, как комплексное использование сырья и утилизация отходов, обезвреживание производственных выбросов. В качестве примера можно указать на межотраслевую роль методов химической технологии в решении экологических проблем теплоэнергетики. Выше были приведены масштабы выбросов диоксида серы и оксидов азота тепловыми электро­станциями и ТЭЦ. Для очистки дымовых газов от этих вредных компонентов применяют различные физико-химические спосо­бы, в том числе сухие с использованием сорбентов и мокрые с применением водных растворов щелочей и аммиака. Разработа­ны способы очистки с одновременным получением минераль­ных удобрений - нитратов и сульфатов аммония.

В промышленности широкое распространение получили каталитические генераторы тепла (КГТ), в которых сжигание органического топлива (газ, мазут) осуществляют на катализаторах. Использование этого приема химической технологии в теплоэнергетике позволяет интенсифицировать процесс горения топлива, снизить металлоемкость оборудования, приблизить избыток воздуха к стехиометрическому и в сотни раз сократить выбросы оксидов азота с продуктами сгорания.

Методы химической технологии положены в основу многих безотходных технологий, разрабатываемых в металлургической промышленности, в производстве строительных материалов и других материалоемких отраслях народного хозяйства.