Комплексное использование сырья и безотходные технологии

3. Организация принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить этапы переработки или технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов.

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

1. Возможно более  полное использование исходного  природного вещества;

2. Возможно более  полное использование отходов (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 [11, c. 123].

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 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.

Можно составить следующий баланс по сферам производства и потребления, исходя из закона сохранения материи [11, c. 125]:

где R - расход природных ресурсов, кг/с; А - масса образующихся отходов в сферах производства и потребления, кг/с; фт - 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 и тем самым удельного расхода природных ресурсов R возможно:

• за счет уменьшения удельного выхода отходов;
• за счет повышения коэффициента использования отходов.

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.

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.

1.2. Основные принципы  создания безотходных производств

Основные принципы создания безотходных производств заключаются в комплексном использовании сырья, создании принципиально новых и совершенствовании действующих технологий, создании замкнутых водо- и газооборотных циклов, кооперировании предприятий и создании территориально-производственных комплексов [17, c. 131].

1. Комплексное использование сырья. Отходы производства – это неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам часть сырья. Поэтому проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики.

Необходимость комплексного использования природных ресурсов диктуется, с одной стороны, все увеличивающимися темпами роста объемов промышленных производств, загрязняющих окружающую среду, а с другой – необходимостью экономного их расходования, поскольку запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно возрастают. В свою очередь рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются пределы их экономической рентабельности.

Источниками отходов являются:

• примеси в сырье, т. е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;
• неполнота протекания процесса, остаток полезного продукта в сырье;
• побочные химические реакции, приводящие к образованию неиспользуемых веществ.

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованных веществ, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше уходила в отходы.

Характерен пример цветной металлургии, где постоянно растет количество элементов, извлекаемых из минерального сырья. Из 90 элементов, обнаруженных в биосфере Земли, предприятиями цветной металлургии извлекались 88.

Из медьсодержащих руд, в состав которых входят 25 элементов, извлекается 21 элемент. Из полиметаллического сырья извлекают 18 элементов и получают более 40 видов товарной продукции. Доля полезных элементов, извлекаемых из природного сырья в цветной металлургии, – одна из самых высоких и достигает 80%. Повышение выхода продукта на каждой стадии процесса приводит к уменьшению количества отходов и увеличению комплексного использования сырья. Радикальное средство против протекания побочных реакций – изменение технологии [17, c. 133].

2. Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий (схем). Это очень важный этап в технологии. Например, в основу создания атомной промышленности положены принципы, исключающие загрязнение окружающей среды или значительно снижающие его. В черной металлургии создана новая технологическая схема, позволяющая сократить загрязнение среды – прямое восстановление железа.

3. Создание замкнутых водо- и  газооборотных циклов. С позиций экологической безопасности и надежности не менее важной представляется задача по созданию замкнутых водо- и газооборотных циклов.

4. Кооперирование предприятий, создание  территориально-производственных комплексов. В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для других производств. В связи с этим предлагается сам термин «отходы» заменить на «продукты незавершенного производства». При этом основная задача состоит в изыскании возможностей для применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях народного хозяйства, которые могли бы строить свою деятельность на них как на вторичных материальных ресурсах. Например, в Бразилии из отходов производства сахарного тростника получают спирт, используемый в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Большая работа проводится в различных странах по созданию так называемых «банков отходов», т. е. по систематизации отходов различных отраслей промышленности, например, химической, нефтехимической отраслей, металлургии.

Наиболее благоприятные возможности для межотраслевого кооперирования складываются в условиях территориально-производственных комплексов (ТПК). Самый эффективный тип организации производства – сочетание межрайонной специализации с внутрирайонной кооперацией.

1.3. Анализ зарубежного опыта

Проблема отходов в США. В США скопилось не менее 750 млн т железного лома, который может удовлетворять потребности американской экономики в течение 10 лет. Выплавка стали из металлолома требует в 7 раз меньше трудовых затрат, чем производство из железной руды. Затраты энергии при выплавке меди из вторичного сырья снижаются почти в 8 раз. При переплавке алюминиевого лома вместо руды экономится до 95 % энергии и соответственно на столько же снижается загрязнение воздуха. Повторная переработка 1 т бумажной макулатуры экономит 2,5 м3 пространства на свалке и более 30 тыс. л воды, необходимой при изготовлении бумаги из целлюлозы [14, c. 87].

Избавиться от твердого мусора можно тремя способами: закапывать, сжигать и утилизировать. Однако мусорные свалки занимают много места и быстро заполняются, а сжигание загрязняет воздух. Найти новые свалки трудно из-за недостатка земли и протестов местных жителей. Конечно, качество мусоросжигателей постоянно улучшается, они меньше загрязняют воздух, позволяют избавиться от мусора и дают электроэнергию. Однако получающаяся зола токсична. Поэтому пока утилизация мусора - весьма эффективный способ решения проблемы, но для этого необходимо изменить привычное поведение людей, поскольку требуется сортировать бытовой мусор, собирая отдельно металл, бумагу, стекло, пищевые отбросы.

 Население  и промышленность в США выбрасывают  мусора больше, чем в любой  другой стране мира. Каждый американец  производит свыше 1,5 кг мусора  в день, что составляет в целом  по стране 154 млн т в год. К 2000 г. ежегодное накопление мусора в США составило 193 млн т.

Желтые холмы, возвышающиеся на 75 м над островом Стейтен-Айленд в Нью-Йорке, издали можно принять за песчаные дюны, если бы не распространяемое ими зловоние. Фрет-Килу - крупнейшая городская свалка в мире - ежедневно принимает большую часть мусора Нью-Йорка. Двадцать четыре тысячи тонн отбросов круглые сутки доставляют сюда 22 баржи.

В США после 70-х годов из-за переполнения было закрыто свыше 2/3 всех свалок. Федеральный закон запрещает сваливать мусор в океан. Многие американские и европейские города стали теперь вывозить мусор за пределы штата или страны [14, c. 89].

Опыт США показывает, что перерабатывать бокситы в новый алюминий в 10 раз дороже, чем извлекать его из использованных консервных банок. Сейчас перерабатывается уже более половины всех банок из-под напитков - 42,5 млрд шт. в год. Повторное использование стекла также обходится дешевле, чем производство нового. В настоящее время в США перерабатывается всего 10% стекла. Пластмассовая промышленность США выпускает в год продукции на 140 млрд дол., но вторично используется только 1 %, хотя промышленники ищут новые пути применения пластмасс - от пластиковой «древесины» до подкладки для лыжных курток, новых контейнеров, пластиковых мешков и садовых скамеек.

В США разбросано 2 млрд старых шин. Старые автомобильные шины превращаются в ремни для вентиляторов, напольные коврики и даже в новые шины. Переработка отходов привлекает теперь новое поколение предпринимателей и крупные фирмы, которые смотрят на это как на способ делать хорошие деньги. Пока стоимость удаления мусора будет расти, его переработка будет становиться все привлекательнее. Однако по самым оптимальным оценкам она позволит ликвидировать лишь половину накопленного мусора.

Проблема отходов в фрг, италии и швеции. Мусор - самая трудная проблема в ФРГ. В стране ежегодно скапливается 40 млн т отходов, в том числе 20 млн т бытовых отходов. На каждого человека в год приходится 250 кг отходов. Население призывают сортировать бытовой мусор. Около домов стоят батареи мусорных бочек: серые - для пищевых отбросов, желтые - для упаковки, включая банки и бутылки, синие - для макулатуры. Громоздкий мусор вывозится отдельно. Одежду, которую жалко выбрасывать, собирают благотворительные организации для отправки в развивающиеся страны. Ее выставляют перед домом в специальных пакетах, которые накануне каждый бюргер находит в своем почтовом ящике. С той же целью в некоторых районах выставляют приемные контейнеры для старой обуви. Лекарства с просроченной датой принимают аптеки. Для старых батареек есть приемные пункты в любом супермаркете [14, c. 91].

В Италии в 1989 г. парламент принял закон, в котором предусмотрены меры борьбы с отходами и финансовые льготы предприятиям, которые захотят перейти на экологически чистую безотходную технологию. Таким образом, планируется сократить примерно на 30% объем промышленных отходов. Особым и весьма высоким налогом (100 лир при себестоимости пакета 10 и 20 лир) будет облагаться каждый из 9 млрд пластиковых пакетов, производимых ежегодно в Италии и используемых в основном в торговле. Цель этого закона, предложенного Министерством по охране окружающей среды и принятого парламентом, — резко сократить использование пакетов, так как естественным путем они не разлагаются, а при сжигании выделяют вредные газы и поэтому представляют собой источник угрожающего загрязнения природы.