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 истощительными, 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 не пылящих 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, Н2 S 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 (реагентные), 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. Рекуперационные 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.