Роль безотходных и малоотходных технологий в процессе обращения с отходами

Создание безотходного производства — сложный и длительный процесс, промежуточным этапом которого является малоотходное производство.

Под малоотходным производством следует понимать такое производство, результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, т.е. ПДК.

По техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.

В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, должны быть реконструированы или закрыты, иными словами, все современные предприятия должны быть малоотходными или безотходными.

При организации производственных процессов, обеспечивающих условия малоотходного производства, предприятия вынуждены часть сырья направлять на длительное хранение или захоронение, поэтому возникает необходимость количественной оценки этих объемов.

В ряде отраслей промышленности России такие количественные показатели уже приняты. Например, в цветной металлургии применяется коэффициент комплектности к*, %, который определяется по формуле

где Мn — количество полезного вещества, извлекаемого из перерабатываемого сырья, т; Мв — количество всего перерабатываемого сырья, т (этот показатель колеблется в зависимости от уровня технологических процессов и организации производства, например на ряде предприятий отрасли он равен 80 % и более).

В угольной промышленности применяется коэффициент безотходное™, который определяется по формуле

где k П/Б — коэффициент использования породы, образующейся при горных выработках; k Ж/Б— коэффициент использования попутно забираемой воды при добыче угля (сланца); k Г/Б— коэффициент использования пылегазовых отходов.
Добыча угля является одним из наиболее материалоемким и экологически сложных производств народного хозяйства.

Для этой отрасли установлено, что производство является малоотходным, если коэффициент безотходности kб = 75 %. Этот показатель может быть значительно выше, если наряду с добываемым сырьем используются отвалы, образовавшиеся в предыдущие годы.

В первом приближении, если значение коэффициента безотходное или коэффициента комплектности превышает 75 %, производство может быть отнесено к категории малоотходных, а если значения этих коэффициентов превышает 95 %, производство можно считать безотходным.

Такой подход справедлив и для других материалоемких отраслей.

Создание безотходных производств требует решения сложных организационных, технических, технологических и экономических задач. Однако в настоящее время есть предприятия, которые смело можно отнести к безотходным производствам. Например, отдельные глиноземные заводы (Волховский, Пикалевский) перерабатывают нефелин на глинозем, соду, поташ и цемент практически по схеме безотходных производств.

При этом 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. Вместе с тем для разработки и внедрения безотходных производств можно выделить ряд взаимосвязанных принципов.

Принцип системности, лежащий в основе создания безотходных производств, позволяет учесть усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов. Это подтверждается тем, что каждый отдельно взятый процесс или производство необходимо рассматривать как элемент динамично развивающейся эколого-экономической системы, включающей в себя кроме материального производства и другой
хозяйственно-экономической деятельности человека природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания.

Другим важнейшим принципом создания безотходного производства является принцип комплексности использования ресурсов,основанный на максимальном использовании сырьевых компонентов и энергетического потенциала. Все сырье практически является комплексным, и в среднем более 1/3 его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Например, в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20 % золота получают попутно в процессе переработки комплексных руд.

Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации зависят от уровня организации безотходного производства.

Не менее важным принципом создания безотходного производства является принцип цикличности материальных потоков.

К цикличным материальным потокам можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. Последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. Такой процесс развивается поэтапно, начиная с регионов и распространяв на
всю техносферу.

Следует отметить, что при разработке технологических процессов, обеспечивающих малоотходность или безотходность производства, необходимо выполнить требования по ограничению воздействия производства на окружающую природную и социальную среды с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Это в первую очередь связано с сохранением таких природных и социальных ресурсов,
как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения.

Следует подчеркнуть, что реализация такого подхода осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.

Еще одним определяющим принципом создания безотходного
производства является принцип рациональности организации производства.
Определяющими здесь являются требования:

• разумного использования всех компонентов сырья;
• максимального уменьшения энерго-, материало- и трудоемкости производства;
• а также поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий.

Это позволит снизить отрицательное воздействие на окружающую среду и уменьшить нанесенный ей ущерб. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам.

Основным путем достижения этой цели является разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств.
Совокупность работ, связанных с охраной окружающей среды и рациональным освоением природных ресурсов, позволяет сформулировать главные направления создания мало- и безотходных производств:

• комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов;
• усовершенствование существующих и разработка принципиально новых технологических процессов и производств и соответствующего оборудования;
• внедрение водо- и газооборотных циклов на базе эффективных газо- и водоочистных методов;
• кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других и создание безотходных территориально-производственных комплексов.

При совершенствовании существующих, а также при разработке принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований:

• осуществление производственных процессов с использованием минимально возможного числа технологических стадий (аппаратов), так как на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;
• применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
• увеличение единичной мощности агрегатов до оптимальных значений;
• интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;
• создание энерготехнологических процессов, позволяющих полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов.

Примером таких производств служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме.

При организации безотходных производств большое значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промышленности. Рациональная переработка минерального сырья предполагает использование его исходных компонентов, так как по количеству отходов, образующихся в том или ином технологическом процессе, в значительной мере можно судить об эффективности использования первичного сырья. В то же время образование отходов является одним из основных факторов, определяющих масштабы вредного воздействия производства на окружающую среду. Следовательно, в качестве показателя экологичности технологического процесса может использоваться такой критерий, как количество отходов. Кроме количественной оценки отходов возникает необходимость учета их качества, позволяющего определить токсичность компонентов отходов и их опасность для окружающей среды.

В настоящее время нет единой типовой методики оценки экологического совершенства технологии посредством учета количества отходов, тем не менее в ряде отраслей промышленности такая оценка проводится по конкретным видам производства.

Например, оценку экологического совершенства химических процессов и удельного образования отходов целесообразно проводить по методике, разработанной В. Ремезом, А. Шубиным и другими, в которой критерий экологичности Кэк предлагается считать по формуле

где miж miг miт — количество i-го токсичного компонента жидких,
газообразных и твердых отходов соответственно, т/т продукта; Сiж, Сiг, Сiт — концентрация /-го компонента в жидких, твердых, мг/дм^3, и газообразных, мг/м^3, отходах; ПДКi* — предельно допустимая концентрация i-го компонента в воде рыбохозяйственных водоемов, мг/дм^3; ПДКiг — предельно допустимая концентрация /-го компонента в воздухе населенных мест, мг/м^3.

Для оценки токсичности твердых отходов предполагается использование ПДКж, так как при хранении твердых отходов возможно их растворение в атмосферных осадках, сточных и грунтовых водах.

Как видно из формулы (18.3), критерий экологичности состоит из учета соответственно жидких, газообразных и твердых отходов. При этом количество i-го компонента в жидких отходах miж, определяется по формуле

где Q — количество жидких отходов, м3/ч; п — число рабочих
дней в году; Р — объем выпускаемой продукции, т/год.
При расчете первых двух слагаемых в формуле (18.3) учитываются все источники жидких и газообразных отходов. Так, для газообразных выбросов для каждого у’-го источника количество /-го
токсичного компонента за время г рассчитывается по формуле

где Ci^rj — концентрация i-ro компонента в j-м источнике, мг/м^3; Vj — объем выбросов в j-м источнике, м^3/ч.

Количество i-го токсичного компонента, выбрасываемого с газообразными отходами j-м источником mi^j , определяется суммированием mi^rj по i-му компоненту с учетом рабочего времени:

Средняя концентрация i-го компонента в газообразных отходах рассчитывается по уравнению

где ΣVj — общий объем вредных выбросов, м^3/ч.

Количество i-гo токсичного компонента в твердых отходах определяется по формуле

где Тт — количество твердых отходов, т/год; ri — содержание i-го токсичного компонента (элемента) в твердых отходах, %.

При безотходной технологии Кэк = 0.

Предложенный критерий имеет четкую экологическую значимость, так как его величина зависит от количества отходов и их токсичности, определяющих воздействие технологического процесса на окружающую среду. Следовательно, он может быть использован для сравнения традиционных технологических процессов получения товарной продукции с перспективными безотходными и малоотходными технологиями, что существенно облегчает оценку безотходности.

Совершенствование технологических процессов основного производства и применение передовых технологий селективного разделения и взаимопревращения различных веществ способствуют уменьшению отходов, т.е. позволяют получить безотходное или малоотходное производство.

Необходимо отметить, что с начала 90-х гг. XX в. доля таких производств не увеличилась, так как в ряде отраслей наблюдался значительный спад производства. В этих условиях ни о каких новых технологиях, конечно, не могло быть и речи. Ситуация усугубляется еще и тем, что Россия переживает сложные в экономическом отношении годы. Доля износа производственных фондов
стремительно увеличивается и в отдельных производствах составляет 80… 85 %. Практически приостановилось технологическое перевооружение в ряде отраслей.

Сложившаяся в экономике ситуация свидетельствует о том, что именно в данный момент времени необходимо внедрять малоотходные и безотходные технологии, так как при нарастающих темпах накопления отходов население может оказаться завалено свалками промышленных и бытовых отходов и остаться без питьевой воды, достаточно чистого воздуха и плодородных земель.

Рассматривать все возможные направления создания малоотходных и безотходных производств по всем отраслям промышленности нет необходимости, так как многие процессы находят применение в десятках отраслей. Рассмотрим возможные направления такой работы применительно к отдельным отраслям и производствам.

Например, в энергетике для снижения отходов до уровня соответствующего малоотходному или безотходному производству
целесообразно шире внедрять современные технологии сжигания топлива, например в кипящем слое, при котором снижается содержание загрязняющих веществ в отходящих газах. Необходимо шире применять пылеочистное оборудование с максимально возможным КПД. Полученную золу можно эффективно использовать в качестве сырья, например при производстве строительных материалов.