7.6. Технологии в отраслевом природопользовании

Каждый вид отраслевого природопользования в промыш­ленности, сельском хозяйстве и т.д. базируется на технологии. Технология - это совокупность методов обработки, изготовле­ния, изменения свойств, формы сырья, материалов или полу­фабрикатов, способов обработки почвы, посева сельскохозяйст­венных культур или их уборки, применяемых в процессе произ­водства для получения готовой продукции. До недавнего време­ни, а в некоторых отраслях производства еще и сегодня приме­няются интенсивные технологии, которые оказываются истощи- тельными, природоразрушающими (например, эвтрофикация водоемов, эрозия и дефляция почв и т.д.). Рациональное приро­допользование опирается на малоотходные (безотходные) ре­сурсосберегающие и экологически сбалансированные техноло­гии.

7.6.1. Классификация технологий по признаку отходов

Малоотходные или «безотходные» технологии позволяют решить ряд природоохранных вопросов стратегически, то есть не производить отходы или осуществлять их реутилизацию (вторичную переработку). Малоотходные технологии дают тех­нически достигнутый минимальный объем твердых, жидких, газообразных и тепловых отходов и выбросов.

Достижение полной безотходности нереально, так как это противоречит второму закону термодинамики. В глобальной совокупности энергетическая эффективность технологий, види­мо, не может быть достигнутой биосферой - около 1% прихо­дящей от Солнца энергии (Реймерс, 1990). Безотходные техно­логии - это цель технологических процессов, где отходы одного производства становятся сырьем для другого. Предполагается использование этого сырья без остатка. Безотходное производ­ство может приблизить человечество к теоретическому мини­муму глобальных антропогенных отходов, равному отходам в биосферных циклах (известняки, угли, нефть).

Как правило, безотходные технологии являются ресурсос­берегающими. Здесь производство и реализация конечных про­дуктов происходит с минимальным расходом вещества и энер­гии на всех этапах производственного цикла (от добывающих до сбывающих отраслей) и с минимальным воздействием на чело­века и природные системы. При этом должны учитываться все расходы на промежуточные этапы производства. Существуют технологии, построенные по типу процессов, характерных для природы, иногда как прямое их продолжение (например, адап­тивное контурное земледелие, противоэрозионная обработка и т.п.). Такие технологии называются экологическими. Экологи­чески сбалансированные технологии, как правило, не нарушают природных процессов и связей в экосистемах.

Разработка технологий осуществляется по отраслям произ­водства (технология производства чугуна, стали, целлюлозы, технология возделывания сельскохозяйственных культур, со­держания животных, строительства дорог, эксплуатации водных ресурсов и др.).

7.6.2. Деление технологий по химико-механическому принципу

Технологии условно делят на химические и механические. В химической технологии изучают процессы коренного измене­ния состава, свойств и внутреннего строения вещества. В меха­нической технологии рассматривают процессы, в которых изме­няется форма, внешний вид и физические свойства материала (литейное дело, прокат металла). Ресурсосберегающие экологи­чески сбалансированные технологии представляют собой сово­купность технологических и конструктивных решений, преду­сматривающих сокращение выбросов без снижения качества и количества основного продукта. Совершенствование таких тех­нологий происходит по следующим направлениям: 1) разработ­ка принципиально новых технологических процессов и обору­дования для производства продукции на основе комплексной переработки сырья и рационального использования энергии;

2. разработка и создание замкнутых производственных циклов материальных ресурсов, что позволит минимизировать отходы;

3. разработка систем оборотного водо- и газопользования;

4. разработка способов переработки вторичных ресурсов (это дешевле); 5) изучение механизма образования токсичных ве­ществ и совершенствование технологических процессов; 6) за­мена оборудования более совершенным; 7) замена токсичных материалов на менее и нетоксичные; 8) разработка безводных и непылящих производств.

Главное при разработке технологических процессов - это знание механизмов образования вредных веществ. При этом оценивается количество выбросов. Зная количество и состав вы­бросов, можно решить в каком направлении следует обеспечить снижение количества того или иного компонента выбросов. При создании ресурсосберегающих технологий природопользования большое значение имеют процессы регенерации и рекуперации.

Регенерация - это техническое превращение отработавших продуктов в исходные изделия для повторного их использова­ния (например, регенерация резины - очистка старых резиновых изделий от текстильных тканей обработкой кислотами или ще­лочами и придание старой резине пластичности нагревом, до­бавкой смягчителей и др.).

Регенерация предусматривает восстановление свойств ма­териалов путем удаления примесей, активации и т.д. Методы регенерации: термические, ионообменные, электрохимические. Термические методы применяют при регенерации минеральных солей из отходов, содержащих органические вещества. Основ­ным процессом при регенерации является сжигание, проводи­мое в специальных топках или котлах. Для обеззараживания воды используют биологические (биохимические) методы.

Эффективность очистки сточных вод различными методами неодинакова. Механические очищают воды до 50-70%, химиче­ские - 80-90, физико-химические - 90-95 и биохимические 85-95%. После очистки сточные воды разбавляются чистой во­дой и возвращаются в природные источники. Качество очищен­ной воды контролируется и должно соответствовать стандарт­ным требованиям.

Утилизация твердых отходов происходит на специальных полигонах (свалках), где происходит анаэробное разложение отходов. Такие свалки образуют токсичные (взрывоопасные) газы СН4, Н^ и Н₂, микроорганизмы, которые загрязняют вод­ный и воздушный бассейн, на таких свалках нужна гидроизоля­ция. Переработка отходов протекает годами. Из отходов можно готовить компосты, используемые как удобрение. Чаще созда­ются хранилища «Хвостов», отходов добывающей промышлен­ности, которые при усовершенствовании технологий переработ­ки могут вовлекаться в производство, а также специальные за­хоронения токсичных отходов.

Ионообменные и электрохимические методы регенерации не нашли широкого применения вследствие низкой обменной емкости ионитов.

Рекуперация - улавливание и использование отходов про­изводства (например, газов, улетучивающихся при коксовании углей, тепла продуктов сгорания топлива), повторное получение и использование веществ, расходуемых при технологических процессах (растворители, смазочные масла, вода и др.). Рекупе­рация не предусматривает существенного изменения химиче­ского состава регенерируемого вещества и предполагает только фазовые переходы. Регенерируемый продукт может быть ис­пользован сразу в основном производстве или в других. Летучие органические растворители - основа рекуперацией.

Существуют три способа рекуперации паров: конденсация (точка росы), абсорбция и адсорбция. Эффективность конденса­ции составляет 60-90%. Рекуперация по методу абсорбции (по­глощение вещества из раствора или смеси газов твердым телом или жидкостью всем объемом) дает выход полезного продукта более 90%. Адсорбция вещества из растворов или газов проис­ходит поверхностью твердого вещества или поверхностным слоем жидкости. Степень рекуперации методом адсорбции со­ставляет 99,8%.

Существуют специальные технологии очистки промыш­ленных выбросов и утилизации отходов. До настоящего време­ни основным средством борьбы с вредными выбросами была разработка систем газоочистных и водоочистных сооружений. Для очистки газопылевых выбросов и сточных вод широко при­меняются следующие методы: механические, химические (реа- гентные), физико-химические, физические, биохимические, термические. Многие технологические процессы сопровожда­ются образованием пыли, которая вредна для здоровья человека и природы. Пылеулавливание производится с использованием различных механизмов: гравитационное осаждение, центробеж­ные силы (распределение по скоростям), инерционное осажде­ние (эффект касания-зацепления), электрическое осаждение (ионизация газа). Способы улавливания пыли - сухой, мокрый, электрическая очистка. Для пылеулавливания применяются раз­личные пылеуловители: циклоны, мультициклоны, электро- и тканевые фильтры, скрубберы.

Очистка газов осуществляется некаталитическими и ката­литическими способами. В первой группе примеси выводятся из газовой смеси путем конденсации или поглощения жидкими или твердыми поглотителями, во второй - примеси не выделяются из системы, а превращаются в другие вещества, которые оста­ются в газовой смеси или затем удаляются.

Для очистки бытовых и промышленных сточных вод при­меняются рекуперационные и деструктивные способы. Рекупе- рационные предусматривают извлечение из сточных вод и даль­нейшую переработку ценных веществ. При деструктивных спо­собах очистки сточных вод примеси подвергают разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения из воды удаляют в виде газов или осадков. Для отделения твердых частиц из воды используют фильтры.