Россия занимает 106-е место в мире по экологии и 7-е место среди крупнейших источников мусора в мире. В нашей стране перерабатывается лишь 4 % от всего объема мусора, который занимает территорию в 4 миллиона гектара — площадь, сопоставимую с площадью Голландии или Швейцарии, и каждый год она возрастает на 10 %. При этом в России действует около 15 тысяч официальных мусорных свалок, а число нелегальных, по разным данным, колеблется от 200 до 1000, большинство из них находится в Московской, Челябинской, Свердловской и Ленинградской областях.

Одно время данный вопрос решали путем создания мусоросжигательных заводов. Таких заводов в стране всего семь: в Москве, Сочи, Владивостоке, Мурманске и Пятигорске. Но сжигание мусора оказалось опасным с экологической точки зрения. Дым, выделяемый при сжигании, содержит множество канцерогенов, что неблагоприятно сказывается на окружающей среде и здоровье людей.

Лучшее решение проблемы — создание безотходных технологий производства. Безусловно, эта модель идеальна, но она пока не может быть реализована в полной мере. Хотя создание производств, которые будут перерабатывать мусор и использовать его в качестве сырья для новых продуктов, считается перспективным направлением. В последние годы такие перерабатывающие мусорозаводы в России уже появились.

Андрей Николаев

«Значение вторичной переработки огромно. Стоит задуматься, что ресурсы многих материалов на Земле ограничены. Попадая в окружающую среду, многие материалы становятся токсичными, нарушают экологическую систему. Кроме того, вторичное использование материалов часто выгоднее, чем их первичная переработка».

Сортировка мусора — целая наука, в Европе ей посвящены уроки в школе. Учитель приносит в класс много разного мусора, а ученики должны распределить отходы по разным кучкам. Важно и то, что дети на этих уроках обсуждают, как правильно сортировать мусор, как повлияет такой мусор на экологию, если оставить его на свалке, и какую пользу он сможет принести после вторичной переработки. Так что европейцы с детства привыкли сортировать отходы. А за ошибку в выборе контейнера можно даже получить штраф. Сегодня в качестве вторичного сырья может использоваться макулатура, стекло, химикаты, металлолом, древесина, пластмасса и многое другое.

Бумага и пластик

Казалось бы, что проще, чем сбор макулатуры? Ученые определили, что 1 тонна макулатуры спасает 12 взрослых деревьев, бережет 32 литра воды и экономит 4100 кВт⋅ч электроэнергии. В советское время существовала целая система по сбору макулатуры в обмен на книги. Сегодня же на переработку идут в основном отходы полиграфического производства, хотя на роль полезного вторичного сырья годится любая бумага, за редким исключением. При сжигании органика выделяет метан и парниковый газ, поэтому бумагу, газеты и картон лучше не отправлять на свалки.

Безотходные технологии производства в области макулатуры позволяют получить не только белую бумагу, но и новые строительные материалы. В числе основных направлений переработки — производство экологически чистых товаров: ваты, туалетной бумаги, санитарно-гигиенических материалов, теплоизоляционного материала. Мало кто задумывается, что из макулатуры можно сделать эковату, волокнистые плиты для отделки внутренних помещений, использовать ее для производства целого спектра кровельных материалов. Однако чаще переработанная макулатура идет лишь на производство тары и упаковок-подложек для яиц, упаковочных листов, прокладок для упаковки продуктов питания или мебели. Для сравнения: в Европе повторно используют 60 % макулатуры, в России — 12 %.

Не меньше пользы приносит и переработка пластика. Ежегодно человек выбрасывает примерно 300 кг мусора, треть из которого — пластиковые бутылки. В процессе переработки пластика получают флекс, который, в свою очередь, пригоден для изготовления новой тары. Следовательно, переработка пластиковых бутылок тоже один из вариантов безотходного производства. И флексом ее возможности не ограничиваются.

Аркадий Семенов

Инженер-технолог

«Сжигание ПЭТ-тары — способ получения тепловой энергии, используемой для нагревания воды централизованных отопительных систем или для обогрева здания. Также из нее можно получить автомобильное топливо. Правда, получение топлива из пластика несколько труднее и затратнее, чем из резиновых изделий, тем не менее, это один из реальных способов переработки мусора».

В мире около 70 % пластика идет на производство нитей и волокон, из которых получают всем известный полиэстер, 30 % переработанного пластика идет на повторное изготовление бутылок. В России статистика показывает противоположные цифры. В нашей стране переработанный пластик идет в основном на изготовление пластиковых контейнеров.

Получаемый из пластика полиэстер — удобная ткань, которую несложно стирать, она быстро сохнет, не линяет и не меняет свою форму. Материал этот взяли себе на вооружение многие eco-friendly-дизайнеры. Не так давно к их движению присоединился спортивный гигант Nike. Главный бренд-менеджер Nike Чарльз Денсон заявил: «При производстве футбольной формы используется 13 миллионов пластиковых бутылок, которые в противном случае просто лежали бы на свалке веками».

Одежду на основе переработанного пластика представляют такие бренды, как Asies, Levi’s, Topshop, MaxMara, H&M и многие другие. Экодизайнер и музыкант Фаррелл Уильямс представил на Неделе моды в Нью-Йорке еще в 2014 году коллекцию одежды из переработанного пластика. Джинсы, бомберы, тренчи, футболки для мужчин и женщин были изготовлены из бутылок, которые валялись когда-то на дне океана.

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.

Проблемы вредного влияния промышленности на окружающую среду давно беспокоят экологов. Наряду с современными средствами организации эффективных способов утилизации опасных отходов разрабатываются и варианты минимизации изначального ущерба экологической обстановке. В этом плане снижение выбросов отходов позволяет не только сокращать ущерб близлежащим инфраструктурным объектам, но и повышать экономическую эффективность предприятий. Правда, безотходные технологии требуют и существенных вкладов в ходе реализации. Внедрение подобных программ нередко затрагивает производственные этапы, заставляя руководителей пересматривать подходы к обеспечению технологических процессов.

Что такое безотходные и малоотходные технологии?

В широком представлении безотходность вовсе не предполагает полного отказа от выработки вторичных продуктов, которые остаются после основного То есть определение безотходной технологии может подразумевать такую организацию работы предприятия, при котором осуществляется наиболее рациональное потребление природных ресурсов и энергии. Но это все-таки общее определение данного понятия. Если же строго подходить к рассмотрению вопроса, то безотходные технологии следует представлять как общий производственного процесса, согласно которому сырье используется полностью в замкнутом цикле.

Отдельного внимания заслуживает малоотходная технология. В сущности, это промежуточное звено, которое позволяет с минимальными затратами перевести предприятие в режим производства с полным циклом. На объектах, где была реализована малоотходная концепция, наблюдается уровень вредного воздействия на экологический фон, не превышающий допустимые санитарные нормативы. Тем не менее, если безотходные технологии предполагают полную переработку вторичного сырья, то в данном случае допускается также длительное хранение или захоронение материалов.

Как оценивается безотходность производства?

Для начала следует отметить, что полная реализация совершенно безотходного производства возможна далеко не всегда. Существуют целые отрасли, в которых предприятия и комбинаты в силу разных причин не могут выйти из статуса малоотходных. В этом плане заслуживают внимания оценки безотходности. В частности, специалисты используют коэффициенты, которые позволяют определить, какой процент отходов предприятие не может переработать и отправляет на утилизацию или хранение.

К примеру, малоотходные и безотходные технологии в угольной промышленности внедрять сложнее, чем в других отраслях. В данном случае коэффициент безотходности варьируется в пределах от 75 до 95 %. Также следует вспомнить о самой сути внедрения технологий, сокращающих воздействие вредных веществ на окружающую среду. С учетом этого аспекта можно говорить о необходимости определения и доли полезных веществ, которые содержатся в отходах. Иногда этот показатель достигает 80 %.

Принципы технологий

Безотходная технология базируется на основе нескольких принципов, главными среди которых являются следующие:

• Предполагает, что рассматривать объект производства с точки зрения минимизации отходов необходимо без отрыва от региональной промышленной инфраструктуры.
• Цикличность потоков. Согласно этому принципу, должен быть в некотором роде круговорот используемого сырья, а также энергии, обеспечивающей его переработку.
• Комплексное применение ресурсов. Данный принцип предусматривает максимальное потребление сырья и энергетического потенциала. Поскольку любое сырье может рассматриваться в качестве комплексного, все его компоненты должны извлекаться в ходе производственных циклов.
• Ограничение воздействий на экологию. Можно сказать, это главная идея, в соответствии с которой разрабатываются малоотходные и безотходные технологии производства в разных отраслях.
• Рациональность организации производства. В этом случае предполагается оптимизация технологических процессов с целью максимальной экономии материальных ресурсов, энергетических затрат и финансовых вложений.

Процесс внедрения безотходных технологий

Любые действия, направленные на изменения производственного процесса, предусматривают разработку проекта. В данном случае может предполагаться создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на платформе эффективных методов фильтрации. Подобные схемы, к примеру, используются в отраслях Одним из наиболее эффективных инструментов переработки вторичной сырьевой базы является внедрение безотходных технологий, которые исключают образование вторичных продуктов в принципе. Для этого в производственные процессы вводятся дополнительные этапы переработки и очистки. Также практикуется создание отдельных промышленных комплексов, которые целенаправленно реализуют замкнутые системы с обеспечением переработки материальных потоков.

Безотходность в металлургии

В процессе проектирования комбинатов, которые будут заниматься переработкой цветных и черных металлов, используется наиболее широкий диапазон средств обеспечения безотходности. Например, в переработку могут вовлекаться жидкие, газообразные и твердые отходы. В качестве базового инструмента минимизации продуктов переработки применяют также средства очистки. Кроме того, малоотходные и безотходные технологии могут действовать не только в рамках непосредственно металлургического предприятия. Горные и обогатительные комбинаты, где происходит разработка многотоннажных отвальных отходов, занимаются выпуском готовых стройматериалов. В частности, из отходов делают закладки для шахт, формируют стеновые блоки и кладут дорожные покрытия.

Безотходность в сельском хозяйстве

Данная сфера хозяйственной деятельности наиболее гибка в плане использования средств, обеспечивающих вторичную переработку ресурсов. Связано это с тем, что в основе большей части отходов сельского хозяйства содержатся продукты органического происхождения. Например, безотходные технологии могут появляться в виде повторного использования компоста, навоза, опилок, листвы и других материалов. Далее из этих отходов формируется сырьевая база для удобрения, что экономит затраты

Безотходность в энергетике

В современной энергетике специалисты ориентируются на широкое применение технологичных методов сжигания топлива. Это может быть использование кипящего слоя, который способствует минимизации загрязняющих веществ в выпускаемых газах. Также безотходная технология производства в энергетической сфере проявляется в виде освоения разработок, направленных на очистку газовых выбросов от азота и оксидов серы. Изменяются и подходы к техническому оснащению предприятий. Пылеочистное оборудование, к примеру, эксплуатируется с большим КПД, а образующаяся при этом зола в дальнейшем поступает уже в строительную сферу как ингредиент бетонных растворов.

Проблемы безотходных и малоотходных производств

Основная часть проблем, возникающих в процессе перехода к безотходному производству, обусловлена противоречием между стремлением к минимизации продуктов переработки и сохранением эффективности предприятий. Включение в производственные процессы новых этапов с утилизацией вторичного сырья, к примеру, сокращает экономические показатели промышленных объектов. Также проблемы безотходной технологии связаны с невозможностью переработки целого ряда продуктов выброса. Преимущественно это относится к отраслям химической промышленности, в которых повышаются объемы вредных газообразных отходов. Впрочем, есть и обратные примеры, когда внедрение проектов безотходного производства способствовало повышению экономической эффективности. В той же горной промышленности предприятия реализуют в качестве вторичного сырья породы с характеристиками, удовлетворяющими запросам строительных комбинатов.

Управление безотходными предприятиями

Интеграция систем, позволяющих оптимизировать производственные мощности с точки зрения минимизации образования вредных отходов, предполагает и совершенствование процессов управления. От предприятий требуется организация целого комплекса функций, которые позволяют регулировать образование, применение и размещение продуктов переработки. При этом важно учитывать, что безотходные технологии на предприятиях затрагивают не только непосредственные источники выработки вторичного сырья, но и дальнейших потребителей. Для повышения эффективности последующего управления отходами совершенствуются системы хранения и захоронения сырья.

Заключение

Несмотря на сокращение объемов производства в условиях кризиса, вредное воздействие промышленных предприятий на окружающую среду остается на прежнем уровне (в лучшем случае). Объясняется это тем, что руководители стремятся экономить, в том числе и на природоохранных затратах. Тем не менее, безотходные позволяют решать и проблемы такого рода, предлагая средства более рационального потребления исходной сырьевой базы. Иными словами, меры по сокращению отходов вступают в действие уже на первых этапах технологического процесса. Это дает возможность не только оптимизировать объемы конечного выпуска вторичного продукта, но и экономить на первоначальных затратах, связанных с закупкой ресурсов для производства.

Безотходные и малоотходные производства (технологии)

По мере развития современного производства наряду с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий. Актуальность данной проблемы обусловлена следующими обстоятельствами.

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.

Между индустрией и окружающей средой до сих пор доминирует открытый тип связи. Аграрное производство гоже является открытой системой. 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 вещества природы.

Производственная деятельность начинается с использования некоторых новых природных ресурсов, а 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.

На основании этого можно говорить о существовании двух условных типов (моделей) общества: одноразового потребления (расточительное общество), создающего отходы и где производство носит многоотходный характер, и природосберегающего, где производство организовано на безотходных и малоотходных технологиях (рис. 6.10).

Таким образом, объективно возникает потребность перехода к принципиально новой форме связи - к замкнутым системам производства, предполагающим, возможно, большую автономность производства, исключение встроенности производственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе.

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

• максимальное использование исходного природного вещества;
• максимальное использование отходов (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для последующих ступеней производства);
• создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и потребления могли быть ассимилированы естественными экологическими системами;
• снижение количества отходов потребления путем выпуска товаров с меньшей массой, в биоразлагаемой упаковке, с полной их утилизацией еще до попадания в окружающую среду.

Принцип безотходности в общепринятом понятии сводится к тому, что при разработке и проектировании нового производства:

Применяют системный подход;

Рис. 6.10. Структурная схема общества одноразового потребления (а) и природосберегающего (б) соответственно

• комплексно используют ресурсы;
• учитывают цикличность материальных потоков;
• ограничивают воздействие на окружающую среду;
• рационально организовывают производственный процесс.

В соответствии с принципом системности каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы всего промышленного производства в регионе и на более высоком уровне - как элемент эколого-экономической системы в целом, включающей 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. Таким образом, принцип системности, лежащий в основе создания безотходных производств, должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений Правительства РФ. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях процесса, отдельного производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы.

Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газо- оборотные циклы. В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. В качестве эффективных путей формирования цикличных материальных потоков и рационального использования энергии можно назвать комбинирование и кооперацию производств, создание ТИК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования.

К не менее важным принципам создания безотходного производства необходимо отнести требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Следует подчеркнуть, что реализация этого принципа осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.

Общим принципом создания безотходного производства является также рациональность его организации. Определяющими здесь являются требование разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго-, материалоемкости и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и ущерба ей, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным при достижении этой цели является разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств.

Отсюда можно заключить, что безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

Стратегия безотходной технологии исходит из того, что неиспользуемые отходы 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 станет 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 применяются либо в сфере производства, либо в сфере потребления, и вновь образуются отходы. Практически всегда 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 вводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.

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

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

Снижение удельного количества неиспользуемых отходов производства и тем самым удельного расхода природных ресурсов возможно за счет:

• уменьшения удельного выхода отходов;
• повышения коэффициента использования отходов;
• рециклинга, т.е. утилизации отходов потребления в производстве.

Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей,

так и от экономических условий. С одной стороны, первичная цель безотходной технологии заключается в таком уменьшении выводимой в единицу времени в биосферу массы неиспользованных отходов, при котором будет сохраняться естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов. С другой стороны, крайне необходимы безотходные технологии, которые в качестве сырья используют отходы потребления. Такие технологии имеют двойную экологическую эффективность.

К настоящему времени при создании безотходных технологий определились следующие основные подходы:

• разработка бессточных технологических схем и водооборотных циклов на базе эффективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков;
• разработка технологических циклов с замкнутым воздухооборотом;
• замена воды в технологии на легко утилизируемые среды;
• замена воздуха на кислород и другие газы;
• разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов, исключающих образование любых видов отходов;
• создание территориально-промышленных комплексов, т.е. экономических районов, в которых реализована замкнутая система материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса;
• утилизация отходов в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов;
• использование отходов для переработки других отходов;
• сокращение массы отходов за счет уменьшения материалоемкости технологий.

Формулировка понятия безотходной технологии не должна восприниматься абсолютно, т.е. не следует думать, что возможно производство без отходов, однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. В реальных условиях полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически (подобно тому, что в соответствии со вторым законом термодинамики нельзя как полностью перевести энергию в полезную механическую работу, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный экологически безопасный продукт). Другими словами, полностью безотходная технология - это идеальная система, к которой должен стремиться всякий реальный технологический цикл, и чем больше будет степень приближения, тем меньшую экологическую опасность будет представлять данное производство.

Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным следует понимать такое производство, результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, т.е. ПДК. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.

В некоторых случаях используют понятие «экологически чистая технология», подразумевая под этим такой метод производства, при котором сырье и энергия применяют настолько рационально, что объемы выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены к минимуму.

Поскольку степень экологической чистоты будет определяться степенью приближения малоотходной технологии к идеальной модели, то необходимо ввести соответствующие коэффициенты, оценивающие приближение малоотходной технологии к безотходной.

Имеется ряд подходов к определению безотходное™ производства: экспериментальная оценка, оценка по сырьевому и энергетическому балансам, по общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.

Общий баланс относительной токсичности массы вредных веществ определяется следующим выражением:

где М с + М в - сумма отходов, поступающих в окружающую среду со сточными водами и газовыми выбросами; ?М Н - масса нейтрализованных отходов, ХМ р - масса рассеянных отходов.

Относительную экологичность типового процесса, технологической линии, цеха можно определить по выражению

Если А -> 0, то процесс стремится к безотходному состоянию.

Для количественной оценки безотходное™ производств рекомендуется использовать коэффициент безотходности, который учитывает различные факторы в зависимости от отрасли народного хозяйства.

Так, для угольной промышленности коэффициент безотходности К С) предложено определять по выражению

где К п - коэффициент использования породы в результате горных работ; К к - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля; К пг - коэффициент использования нылегазовых отходов. Для химической промышленности коэффициент безотходности

где К м - коэффициент полноты использования материальных ресурсов; К:) - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; К ЭТ - коэффициент соответствия экологическим требованиям. Значения первых двух коэффициентов находят с учетом данных о материальном и энергетическом балансах.

Значение коэффициента К эт определяется по выражению

где Г) г, г| а, г| л - коэффициенты соответствия экологическим требованиям для гидросферы, атмосферы и литосферы соответственно.

Коэффициент r v определяется но выражению

где п - число загрязняющих веществ, содержащихся в жидких отходах, отводимых в водные объекты (гидросферу); В { - фактический сброс z-го ингредиента (вещества) в единицу времени, НДС,- - предельно допустимый сброс г-го ингредиента в единицу времени; ПДК, - предельно допустимая концентрация г-го ингредиента для водоема данного вида водопользования.

Если В,

Если данные о НДС отсутствуют, то расчет ведут по выражению

где Сj - концентрация г-го ингредиента.

При сбросе в водоем нескольких загрязняющих веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности должно выполняться следующее условие:

Методика расчета коэффициента Г| а аналогична выше рассмотренной. Коэффициент г| л в настоящее время принимается равным единице. Если значение коэффициента К эт К эт единице рассчитывают коэффициенты К м и К э или только один коэффициент К м. Для целевого продукта коэффициент К м определяется по выражению

где М оп - материалы основного производства; М вп - материалы вспомогательного производства; 0 оп - отходы основного производства; ОТ оп - отбросы основного производства; П оп - потери основного производства.

В случае если К м лежит в интервале 0,9-1,0, то производство считается безотходным, при нахождении К м в интервале 0,8-0,9 - малоотходным, при значении К м

В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса с учетом взаимодействия с окружающей средой за критерий безотходное™ принимается коэффициент экологического действия:

где В т - теоретическое воздействие, необходимое для производства; Вф - фактическое воздействие; В п - воздействие, определяемое конкретным производством.

Если Вф К ш -> 0, т.е. данное производство совершенно не учитывает требований экологической безопасности, что ведет к так называемому экологическому просчету. Чем выше значение коэффициента К эд, тем более совершенным является производство с учетом воздействия на окружающую среду и тем более существенно оно приближается к безотходной технологии.

Социально-экономический эффект (СЭЭ) безотходных производств можно оценить по комплексному критерию:

где? Э, - сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного производства; У - ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; З п - полные затраты на создание безотходного производства.

При наличии нескольких вариантов должен быть выбран вариант с наибольшим СЭЭ при минимальных значениях З п.

Таким образом, сочетание прогрессивных технологий с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые производства, отвечающие требованиям малоотходное™ и экологической безопасности.

БЕЗОТХОДНЫЕ ПРОИЗВОДСТВА в хим. технологии (безотходная технология), осуществляются по оптим. технол. схемам (см. Оптимизация) с замкнутыми (рециркуляционными) материальными и энергетич. потоками, не имеют сточных вод (бессточные произ-ва), газовых выбросов в атмосферу и твердых отходов (безотвальные произ-ва). Термин "безотходные производства" носит условный характер, т.к. в реальных условиях из-за несовершенства совр. технологии невозможно полностью исключить все отходы и воздействие произ-ва на окружающую среду . При безотходных производствах наиболее рационально используются прир. и вторичные сырьевые ресурсы и энергия с миним. ущербом для окружающей среды .

В концепцию безотходности произ-ва значит. вклад внесли советские ученые (А. Е. Ферсман, Н. Н. Семенов, И. В. Пет-рянов-Соколов, Б. Н. Ласкорин и др.). По аналогии с прир. экологич. системами безотходные производства базируются на техногенном круговороте в-в и энергии. Необходимость в создании безотходных производств возникла в 50-х гг. 20 в. в связи с истощением мировых прир. ресурсов и загрязнением биосферы в результате бурного развития, наряду с химизацией с. х-ва и ростом транспорта, ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей пром-сти (переработка нефти , хим. пром-сть, ядерная энергетика , цветная металлургия и др.).

Согласно представлениям Д. И. Менделеева (1885), мерой совершенства произ-ва является кол-во отходов. С развитием науки и техники каждое произ-во все более приближается к безотходному. На данном этапе к безотходным производствам относятся, по существу, малоотходные произ-ва, в к-рых только небольшая часть сырья превращ. в отходы. Последние подвергают захоронению, обезвреживанию или направляют на длит. хранение с целью их утилизации в перспективе. В малоотходных произ-вах выбросы вредных в-в не превышают ПДК, а также уровня, при к-ром предотвращаются необратимые экологические изменения (см. Охрана природы).

Осн. направления создания малоотходных произ-в на отдельном предприятии или в целом пром. регионе: экологически безопасная подготовка и комплексная переработка сырья в сочетании с очисткой вредных выбросов, утилизацией отходов, оптим. использованием энергии, водо- и газооборотных циклов; применение т. наз. коротких (малостадийных) технол. схем с макс. извлечением целевых и побочных продуктов на каждой стадии; замена периодич. процессов непрерывными с использованием автоматизир. систем управления ими и более совершенного оборудования; широкое вовлечение в произ-во вторичных ресурсов.

Развитие хим., нефтеперерабатывающей, нефтехим. и ряда др. отраслей пром-сти связано с разработкой т. наз. энерготехнол. схем - систем большой единичной мощности. Последние наряду с макс. использованием сырья и энергии обеспечивают высокоэффективную очистку сточных вод и газовых выбросов в атмосферу благодаря применению безводных технол. процессов, водо- и газооборотных (включая воздухооборотные) циклов, к-рые экологически и экономически целесообразнее, чем соотв. прямоточное водоснабжение и газов очистка до санитарных норм.

Оптим. использование сырьевых ресурсов достигается их комплексной переработкой. Примеры: хим. переработка твердых топлив (см. Коксохимия), нефти (см. Нефтепереработка), апатито-нефелиновых, фосфорито-апатитовых, полиметаллич. руд и т.д. Напр., при комплексной переработке апатито-нефелиновых руд помимо фосфатов получают также др. ценные продукты. Так, в СССР впервые в мире разработана и осуществлена технология переработки нефелинов - отходов обогащения апатитов . В результате на 1 т глинозема получают 0,2-0,3 т К 2 СО 3 , 0,60-0,75 т Na 2 CO 3 и 9-10 т цемента . Такая технология в сочетании с замкнутым водооборотом и эффективной очисткой газов печей спекания и цементного произ-ва обеспечивает миним. кол-во отходов. Прогрессивный метод азотнокислотного разложения фосфоритов и апатитов при получении сложных удобрений (напр., нитроаммофоски) исключает образование фосфогипса - многотоннажного отхода произ-ва этих удобрений сернокислотным способом. Наряду с азотно-фосфорными или азотно-фосфорно-калийными удобрениями получают SrCO 3 , CaCO 3 , CaF 2 , NH 4 NO 3 , оксиды РЗЭ и др. важные продукты.

Оптим. использование энергоресурсов достигается рациональным расходованием их для технол. нужд на разл. стадиях произ-ва, а также утилизацией теплоты низкого потенциала (50-150°С) для обеспечения комфортных условий труда в пром. и непроизводств. помещениях, для коммунально-бытового горячего водоснабжения , отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха , обогрева теплиц, водоемов и т.д. наиб. эффективно в хим. пром-сти энергоресурсы используют в совр. энерготехнол. схемах произ-в NH 3 , слабой HNO 3 и карбамида .

Прогрессивная форма организации безотходных производств - комбинирование разных технол. схем. Для хим. пром-сти особенно характерно применение отходов осн. произ-ва в кач-ве сырья вновь организуемых подчиненных произ-в. Так, произ-во NH 3 совмещают, используя его отход - СО 2 , с произ-вом карбамида на одном хим. предприятии. Др. типичный пример - объединение хим. предприятия по произ-ву H 2 SO 4 с металлургическим, на отходах к-рого (флотационном колчедане и отходящих печных газах , содержащих SO 2) оно базируется. Важная роль в утилизации твердых вторичных сырьевых ресурсов принадлежит пром-сти строит. материалов. Напр., доменные шлаки (практически полностью) и фосфогипс применяют для произ-ва цемента , шлакоси-таллов, минер. ваты , шлаковой пемзы, гипсовых вяжущих и т.д.

Создание безотходных производств особенно эффективно на основе принципиально новых технол. процессов. Пример - бескоксовый, бездоменный метод получения стали, при к-ром из технол. схемы исключены стадии, в макс. степени влиявшие на загрязнение окружающей среды : доменный передел. произ-во кокса и агломерата. Такая технология обеспечивает значит. снижение выбросов в атмосферу SO 2 , пыли и др. вредных в-в, позволяет втрое уменьшить потребление воды и практически полностью утилизировать все твердые отходы.

Перспективно также применение, напр., в гидрометаллургии сорбционных, сорбционно-экстракционных и экстракционных процессов, к-рые обеспечивают высокую избирательность извлечения разл. компонентов, эффективную очистку сточных вод и отсутствие газовых выбросов в атмосферу . Так, экстракционные процессы используют для извлечения и разделения, напр., Та и Nb, РЗЭ, Т1 и In, а также при получении Аи высокой чистоты (см. также Выщелачивание).

Важную роль в создании безотходных производств играет совершенствование аппаратурного оформления технол. процессов. Так, переход произ-ва