А.И. Сафонов
Техноэкология. Курс лекций
Донецк: ДонНУ, 2014. – 107 с.
6. Инженерные средства и методы защиты окружающей среды
6.5. Безотходная и малоотходная технологии
Термин «безотходная технология» был предложен
академиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым и в настоящее время
распространен во всех индустриально развитых странах. В соответствии с
Декларацией о малоотходной и безотходной технологии ЕЭК ООН: «Безотходная
технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы
в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование
природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду». Малоотходная
технология как промежуточный этап в создании безотходного производства обеспечивает
соблюдение предельно допустимых концентраций. При этом уровне часть сырья и
материалов переходит в категорию отходов и направляется на складирование и
длительное хранение на полигонах или же захороняется. Безотходная технология
понимается как принцип организации и эксплуатации промышленно-производственных
комплексов.
В условиях постоянно нарастающего дефицита природных
ресурсов особое значение обретает рациональное, комплексное и экономичное их
использование. Из этого вытекает необходимость создания промышленных
предприятий без выбросов отходов.
Создание промышленных предприятий без выбросов отходов
предусматривает систему технологических процессов, обеспечивающих комплексное
использование сырья и энергии, при котором будет возможно рационально расходовать
природные ресурсы и энергию и защитить окружающую среду от загрязнения и
деградации. В основу проектирования производственных предприятий такого типа
заложена технология комплексной обработки сырья,
предусматривающая отделение и переработку всех отходов в готовую продукцию.
Создание подобных малоотходных и безотходных технологических процессов и
экологичных производств осуществляется по следующим направлениям:
1) комплексная переработка сырья;
2) разработка принципиально новых технологий, технических
средств и схем получения известных видов продукции;
3) проектирование и внедрение бессточных и замкнутых
систем водопотребления;
4) рекуперация промышленных отходов;
5) разработка и создание регионально-промышленных
комплексов с замкнутой структурой динамичных потоков сырья и отходов.
Комплексная
обработка сырья включает в себя две основные задачи: бережное расходование
богатств природы и уменьшение выбросов отходов в окружающую среду.
Создаются новые эффективные
технологические процессы, отличающиеся возможно меньшим числом
технологических стадий и оборудования, а также совмещением операций. В черной
металлургии успешно используется метод получения железа путем восстановления
рудных концентратов водородом или синтез-газом, представляющим смесь Н2
и СО. При этом исключаются стадии доменного передела, производства кокса и
агломерата. В цветной металлургии разработана новая технология, в том числе -
кислородная взвешенная циклонная электротермическая плавка. Суть ее в
совмещении основных переделов: обжига, плавки, конвертирования штейнов в одном
металлургическом агрегате. В химической промышленности внедряются
энерготехнологические процессы, создаются агрегаты большой мощности,
использующиеся при производстве аммиака. Производительность техники для синтеза
аммиака возросла с 60 до 1360 т/сут, разрабатываются новые агрегаты с
производительностью до 3000 т/сут с одновременным снижением расхода энергии с
1200 до 40 кВт ч на единицу связанного азота, а расход воды уменьшается с 32 до
8 м3/т. В Японии вместо традиционной регенерации аммиака производят
хлористый аммоний, который используется, в частности, как удобрение. В России
предложено регенерировать аммиак гидроксидом магния вместо используемого ранее
известкового молока. Получаемый хлорид магния можно перерабатывать в
металлический магний, окись магния и соляную кислоту. Разработанные технологии
получения соды из сульфата натрия и замена аммиака гексаметиленимином
значительно повысили коэффициент использования натрия.
Промышленные
отходы делят на твердые и жидкие. К твердым относятся отходы металлов, дерева,
пластмасс, минеральные и органические осадки в очистных сооружениях; к жидким -
осадки сточных вод после их очистки, шламы в очистных устройствах. Древесные и
пластмассовые отходы включаются в состав промышленного мусора и выбрасываются
на свалки. Металлический лом и отходы обычно подвергаются обработке и
повторному использованию, поскольку представляют собой вторичные материальные
ресурсы.
Что
относят к вторичным материальным ресурсам? Это продукты, которые могут быть
использованы после дополнительной обработки в качестве материалов и сырья. К
ним относят: остатки сырья и материалов, образующихся в процессе производства;
продукты, получающиеся во время добычи и обогащения полезных ископаемых;
материалы, которые получаются в результате физико-химической переработки сырья.
Отходы потребления состоят из производственных отходов, включающих металлолом,
битое стекло, кожу, изношенные шины и пластмассовые изделия и т.п. И отходов
бытового потребления, т.е. выбрасываемых пищевых отходов, макулатуры,
изношенных промтоваров и т.п. Ликвидация и переработка твердых промышленных
отходов (кроме металла) осуществляется путем вывоза и захоронения на полигонах,
сжигания и захоронения на свободной территории. Бытовые отходы вывозились и
сжигались на открытых площадках. Затем для сжигания мусора использовались печи,
которые так же, как дымящие свалки, становились основными источниками
загрязнения воздушного бассейна. Напомним об одном из новых, многообещающих
направлений в науке и практике, ведущем к решению указанной задачи. В начале
80-х годов в Стенфордском научно-исследовательском институте (США) совместно с
местным университетом были выведены особые микробы, способные уничтожить
ядовитые отходы. Предполагается, что в перспективе такие микробы, помещенные в
специальные замкнутые «биореакторы», будут уничтожать в качестве своей пищи
вредные отходы, подаваемые в эти емкости. Возможно, такими микробами будут
засевать особо загрязненные объекты почвы и водоемы.
В
настоящее время существует множество способов вторичной переработки различных
видов мусора. Наиболее распространенные технологии таковы: макулатуру повторно
измельчают в пульку, т.е. бумажную массу, из которой изготовляют различную
бумажную продукцию; стекло размельчают, расплавляют и льют новую тару или
используют после дробления в качестве гравия или песка при изготовлении бетона
и асфальта; пластмассу переплавляют и изготовляют из нее искусственную
древесину, устойчивую к биодеградации и обладающую хорошими прочностными
качествами для использования в строительстве.
Рекуперация и утилизация твердых отходов
Рекуперация
- это процесс отсортировки и переработки отходов производства и потребления,
представляющих собой вторичные материальные ресурсы.
В процессе распределения и обработки промышленных
отходов используется стандартная их классификация, которая преследует цель
наиболее эффективного использования отходов в качестве вторичного сырья.
Например, металлолом и отходы черных и цветных металлов по физическим признакам
подразделяются на классы, а по химическому составу - на группы, марки и сорта.
Безотходная и малоотходная технологии предусматривают:
1) комплексную переработку сырья с использованием всех
его компонентов;
2) создание и выпуск новых видов продукции с учетом
требований повторного ее использования;
3) переработку отходов производства и потребления
продукции без нарушения экологического равновесия;
4) использование замкнутых систем промышленного
водоснабжения;
5) создание в перспективе безотходных производственных
комплексов.
По ориентировочным данным, использование промышленных
отходов в США составляют свыше 1 млрд. т, в странах Европейского экономического
сообщества - более 400 млн. т, в Японии - 260 млн. т в год, в России в начале
90-х годов объем использования вторичных ресурсов в среднем за 5 лет возрос на
3,5 млн. т, в частности, в черной металлургии образование лома и отходов
металлов на 1 т выплавляемой стали достигает 650 кг. Эти цифры свидетельствуют об особой важности проведения мероприятий по рациональному
использованию металлических и других отходов.
Основой комплексного использования сырья и вместе с
тем защиты окружающей природной среды от загрязнения является рекуперация, т.е.
улавливание и переработка сырья. Разработка и внедрение новейших технологий,
новых способов получения товарной продукции из вторичных материальных ресурсов
позволяет значительно уменьшить антропогенные воздействия на природную среду.
Остановимся на некоторых примерах внедрения новых технологий и методов
переработки крупнообъемных отходов.
Твердыми отходами в черной металлургии являются шлаки:
сталеплавильные, доменные, ферросплавные. Более 75% ежегодного выхода доменных
шлаков (около 50 млн. т в год) используются для производства строительных
материалов, шлакопемзы, шлаковаты, различных гранулированных шлаков для
покрытия дорог. Из доменных шлаков получают стеклокристаллические материалы с
высокими физико-механическими свойствами, эффективно используемыми в
строительстве. Строительный материал, получивший название сигран, успешно
применяемый вместо гранита и мрамора, разработан и внедрен на основе доменного
шлака.
Ежегодный выход золошлаковых отходов от всех видов
твердого топлива составляет более 100 млн. т. Зола в отвалах тепловых
электростанций, образующаяся при сжигании твердого топлива, успешно
используется в промышленности строительных материалов. Такие золы ТЭС получили
широкое применение в дорожном строительстве и как заполнители бетонов. Они
используются для изготовления золокерамзита, для теплоизоляционных засыпок, в
качестве добавок к цементу, для производства глиняного и силикатного кирпича.
Как сырье зола в нашей стране используется крайне мало, в Германии например, ее
потребление составляет 76%, во Франции - 62%.
К
новейшим ресурсосберегающим технологиям относится порошковая металлургия,
которая способствует созданию материалов с высокими качествами, причем
уменьшает потери сырья и в несколько раз увеличивает коэффициент использования
металла. Внедрение этой технологии позволило получить в подшипниковой промышленности
ежегодную экономию до 70 тыс. т порошка качественной легированной стали. Только
при такой прогрессивной технологии можно получить уникальные пористые (для
многократной фильтрации газов, очистки жидкостей), антифрикционные (для
выпуска, в частности, надежных в эксплуатации подшипников скольжения, которые
не нужно смазывать), тугоплавкие и другие материалы. Изготовленные из них
детали увеличивают ресурс работы машин, позволяют снижать вес конструкций,
создавать новые образцы техники, успешно действующей при очень большой или
низкой температурах, сверхвысоких нагрузках, в агрессивной среде и т.д. Новый
способ переработки автомобильных шин также способствует уменьшению
антропогенной нагрузки на окружающую среду. Известно, что в мире накоплено
большое количество отработанных шин автомобилей. Только в США их выбрасывается
ежегодно более 200 млн. шт. Путем переработки из отработанных шин извлекают
металл, получают нефтепродукты и кокс. Нефтепродукты используются для
изготовления резиновых изделий, а кокс - для получения сажи или активного угля.
Новый способ окраски автомобилей в электростатическом поле дал возможность
сократить потери краски и уменьшить загрязнение атмосферы.
Утилизация и обезвреживание
твердых отходов. Не все промышленные отходы находят применение. Часть
из них собирают специализированные организации по сбору и утилизации
(Главвтормет, Главвторсырье) и передают на переработку, но многие мало- и
крупнотоннажные отходы, не нашедшие применения, складывают или захороняют на
специально отведенных полигонах.
Обезвреживание
твердых промышленных и бытовых отходов, включая утилизацию осадков, шламов и
скопов очистных сооружений, является одной из сложных задач.
Обработка
промышленных твердых отходов должна преимущественно проводиться в местах их
образования. Это позволяет получить существенную экономию средств за счет
сокращения затрат на погрузочно-разгрузочные операции, высвобождения
транспорта, сокращения безвозвратных потерь при перевалке и транспортировке
отходов.
Первичная обработка металлоотходов включает:
сортировку - разделение лома и отходов по видам металла; разделку - очистку от
неметаллических изделий; механическую обработку и сортировку с помощью
разрезки, рубки, брикетирования на прессовом оборудовании. Для утилизации
вторичных металлов на предприятиях с большим количеством металлоотходов (более
50 т в месяц) организуются специализированные участки или цехи для сортировки,
брикетирования и пакетирования. Брикетирование производится механическим
уплотнением на специальных прессах. Прессование таких отходов, как
спиралеобразная стружка, полученная после холодной обработки металла,
проводится после ее отжига. Эффективность этого способа в том, что нет
необходимости в подготовительных операциях, таких, как размельчение,
обезжиривание, отбор неметаллических материалов.
В деревообрабатывающем производстве отходы используют
для изготовления товаров культурно-бытового назначения, которые производятся в
основном методом прессования. Современный уровень технологии пока не позволяет
утилизировать все отходы промышленных производств. Возникает необходимость
обезвреживания их, складирования на специальных полигонах или захоронения в
грунтах.
Самые простые и распространенные сооружения для
обезвреживания отходов - специальные полигоны, где происходит сваливание и
анаэробное саморазложение отходов в течение многих лет. На этих полигонах в
процессе разложения появляются токсичные газы и фильтраты. Образование таких
газов, как метан, сероводород, свободный водород ведет к загрязнениям вод и
воздуха, создает взрывоопасные смеси. Поэтому подготовке подобных полигонов
должна предшествовать специальная гидроизоляция (естественная или
искусственная). Вместе с тем, среди неутилизируемых отходов имеются
исключительно токсичные, которые не могут быть обезврежены существующими
методами. Обработку таких отходов осуществляют на полигонах, соответствующих
требованиям действующих в стране санитарных норм и правил (СНиП) и
предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения
токсичных отходов промышленности, НИИ и других учреждений. В перечень
материалов, подлежащих приему на спецполигоны, включены: ртутьсодержащие и
мышьяксодержащие твердые отходы и шламы; отходы, содержащие свинец, цинк,
олово, никель, кадмий, висмут, кобальт, сурьму и их соединения; цианосодержащие
сточные воды; органические горючие, в том числе твердые смолы, отходы
пластмасс, оргстекла, остатки лакокрасочных материалов, загрязненные опилки,
деревянная тара; жидкие нефтепродукты, не подлежащие регенерации; масла;
загрязненные бензин, керосин, нефть, мазут; растворители, эмали, краски, лаки,
смолы. Жидкие токсичные отходы отправляются на полигон только после
обезвоживания на предприятиях, отходы гальваники предварительно нейтрализуют и
упаривают в котлованах, после чего засыпают двухметровым слоем кембрийской
глины. Полигон представляет собой крупное предприятие, включающее
мониторинговую и физико-химическую лаборатории для анализа состава поступающих
отходов и постоянного отбора проб воды.
В число
наиболее первостепенных проблем, связанных с захоронениями отходов, входят: 1)
вымывание веществ и загрязнение грунтовых вод; 2) образование метана; 3)
просадка грунта.
|