Управление техногенными отходами
..pdfинфекционные; 10 – тератогенные; 11 – мутагенные; 12 – выделяющие при контакте с водой токсичные газы; 13 – выделяющие опасные вещества; 14 – экотоксичные [4].
Интересная систематическая классификация промышленных отходов предложена НИИ генплана г. Москвы, согласно которой все виды отходов делятся на 13 групп:
гальванические и другие шламы, содержащие отходы реагентов и химреактивов, хром, никель, кобальт, цинк, свинец, кислые
ищелочные отходы химических производств, вещества неорганического характера;
канализационные, водопроводные и нефтесодержащие осадки (промышленных сточных вод, образующихся на очистных сооружениях производственных зон);
нефтеотходы, легковоспламеняющиеся жидкости, смазоч- но-охлаждающие жидкости, кубовые остатки, отходы лакокрасочной промышленности;
отходы пластмасс, полимеров, синтетических волокон, нетканых синтетических материалов и композиций на их основе;
отходы резинотехнических изделий, шин и т.п.;
древесные отходы;
отходы бумаги;
отходы черных и цветных металлов и легированных
сталей;
шлаки, зола, пыль (кроме металлической);
пищевые отходы (отходы пищевой, мясомолочной и других отраслей промышленности);
отходы легкой промышленности;
стеклоотходы;
отходы стройиндустрии.
Наиболее распространенной является классификация отходов производства по отраслевому принципу, выделяющая такие группы отходов, как отходы черной металлургии, отходы цветной металлургии, отходы угольной промышленности [4]. Она будет исполь-
241
зована в дальнейшем в 6-й части настоящего пособия, посвященной рассмотрению особенностей обращения с отдельными группами отходов производства.
5.3.Проблема минимизации и предотвращения образования промышленных отходов
Образование отходов производства происходит на всех стадиях движения сырья – от момента его добычи, когда оно еще является природным ресурсом, до завершения эксплуатации изготовленного из него изделия. Масса образующихся отходов промышленности (в расчете на одного рабочего в год) изменяется от 0,9 т
вхимической промышленности до 6,0 т в металлургии, 8,5 т – в деревообрабатывающей промышленности и даже до 400 т – в строительстве (включая демонтаж зданий) [4]. Производство тонны черного металла, например, сопровождается получением от 5 до 17 т отходов, а цветных и благородных – до 100 т и более. В золотодобыче доля полезного компонента, извлекаемого из золотоносных руд и песков, составляет менее 0,01 %, все остальное – отходы производства, складируемые в отвалы и хвостохранилища [9].
Длительное время производство товаров и услуг было основано на принципах интенсивного использования природных ресурсов. При выборе используемого ресурса предпочтение отдавалось высококачественному (структурированному и концентрированному) сырью, так как добыча и применение в технологиях производства низкоконцентрированного («бедного») сырья было более затратным. Однако исчерпание и истощение прежней ресурсной базы вынудили увеличить затраты на добычу первичного сырья. Если
в60-х гг. перерабатывались руды с содержанием железа 55–58 %, то в настоящее время используют руды с содержанием железа 30 %. Средняя зольность углей, добывавшихся в 70-х гг., составляла 22 %, а сейчас приближается к 30 %. На Экибастузской ГРЭС сейчас используют уголь с зольностью до 55 %. Увеличение объемов добычи полезных ископаемых и смещение сырьевой базы горнодо-бываю- щих производств в удаленные районы с экстремальными климати-
242
ческими условиями вынуждают осуществлять добычу с больших глубин и из менее богатых месторождений (и даже из отвалов прежних лет). Вовлечение в переработку «тощих» руд и минералов увеличивает количество образующихся отходов [4, 20].
В хозяйственном цикле «добыча – обработка – потребление – утилизация» восполнение потерь из него в основном осуществляется за счет взятых у природы первичных, т.е. добытых вновь, природных ресурсов. В то же время капитальные вложения, необходимые для переработки вторичного сырья, в среднем в 4 раза меньше, чем для получения первичного сырья. Энергоемкость производства стали из вторичного сырья в 10 раз ниже, чем из первичного, а энергоемкость производства алюминия – в 20 раз ниже. Поэтому целесообразно было бы возмещать технологические потери за счет вторичного сырья. Кроме того, существует тесная взаимосвязь между экономией энергии и загрязнением окружающей среды, поэтому снижение энергоемкости продукции (как и материалоемкости) дает ощутимый экологический эффект. Однако в настоящий момент при производстве стали вторичные материальные ресурсы составляют всего 30 % от общего объема используемого сырья, а при производстве цветных металлов (в том числе алюминия) – 20 %. Это показывает, что неиспользованные возможности для сбережения сырья и энергии еще очень велики [4].
Сокращение расхода ресурсов дает значительные экономический и экологический эффекты, в том числе в сфере управления отходами. Поэтому одной из ключевых задач становится внедрение ресурсосберегающих технологий. Понятие «ресурсосберегающая технология» – довольно широкое, обозначающее такую организа-
цию производства, при которой отходы сведены к минимуму и перерабатываются в реальные вторичные материальные ресурсы
[4]. Можно выделить несколько подходов к внедрению и реализации ресурсосберегающих технологий.
Первым подходом является усовершенствование старых технологий; оно достигается следующими способами:
243
а) заменой исходного сырья на более совершенное, которое дает меньше отходов и при этом не сказывается на качестве конечного продукта (например, применение в окрасочном производстве водоразбавляемых красок взамен красок на основе органических растворителей);
б) изменением конечного продукта с целью снижения воздействия на окружающую среду отходов, образующихся после его эксплуатации (например, применение для изготовления липких аппликаций бумажной основы вместо полимерной, содержащей в своем составе токсичные продукты);
в) оптимизацией технологического процесса изготовления продукта (например, организация непрерывной работы оборудования взамен периодической резко сокращает образование отходов и выбросы в атмосферу в процессах перезагрузки оборудования);
г) усовершенствованием оборудования; д) улучшением эксплуатации и обслуживания оборудования,
обеспечивающем уменьшение количества отходов, в том числе брака (например своевременная заточка инструмента, планово-преду- предительный ремонт, позволяющий исключить поломку оборудования и аварийные выбросы рабочих сред).
Второй подход – комплексное использование сырья в рамках специально организуемых территориально-промышленных комплексов (ТПК). Максимально полное использование сырья возможно только при объединении в единую структуру нескольких перерабатывающих предприятий по территориальному принципу. При этом происходит соединение в единый комплекс производств разных отраслей промышленности, представляющих собой либо последовательные ступени обработки сырья (например выплавка чугуна из руды и последующая переделка чугуна в сталь) либо играющих вспомогательную роль по отношению друг к другу (например обработка побочных продуктов, производство предметов упаковки и т.п.). При этом для всех производств должна создаваться общая инфраструктура вплоть до создания общих энергетических, транспортных, сортировочных и распределительных станций. Объ-
244
екты, входящие в состав ТПК, должны быть сконцентрированы на ограниченной, обязательно компактной территории, обладающей необходимым набором и количеством ресурсов, достаточных для решения поставленных задач. В рамках ТПК складываются благоприятные условия для комплексного использования сырья и для организации производства таким образом, чтобы отходы одних предприятий полностью использовались другими предприятиями; при этом стремятся максимально «замкнуть» потоки сырья и отходов в циклы. Транспортирование отходов при этом происходит на относительно небольшие расстояния в пределах ТПК, что облегчает решение многих вопросов [43].
Третий подход – организация малоотходных производств. Иногда в качестве стратегической цели определяют даже организацию так называемого «безотходного» производства.
Выделение указанных подходов в некоторой степени условно, поскольку они отчасти перекрываются. Так, одним из принципов организации ТПК можно назвать принцип глобального рециклинга.
Внедрение ресурсосберегающих технологий позволяет:
1.Снизить или предотвратить размер ущерба, наносимого окружающей среде размещением отходов.
2.Уменьшить площади земель, занятых отвалами, накопителями, свалками отходов.
3.Уменьшить загрязнение окружающей среды от переработки первичного сырья. Так, улавливание и утилизация диоксида серы на различных металлургических и химических предприятиях позволяет сократить добычу серы и, соответственно, избежать образования отходов, сбросов и выбросов, связанных с этой добычей.
4.Сократить образование отходов, сбросы и выбросы в окружающую среду при производстве продукции из вторичных ресурсов по сравнению с производством из первичного сырья (за счет исключения из технологической цепочки ряда звеньев). При переплаве 1 т металлолома загрязнение атмосферного воздуха уменьшается на 86 %, использование воды – на 76 %, объем твердых отходов сокращается на 57 %.
245
5. Сократить количество топлива, сжигаемого на ТЭЦ, в котельных, в промышленных печах и, соответственно, уменьшить объемы загрязнений, связанных как с продуктами сгорания сэкономленного эквивалентного количества топлива, так и с его добычей, подготовкой и транспортировкой.
Широкое применение во всех отраслях народного хозяйства ресурсосберегающих технологий должно стать решающим фактором улучшения природоохранной деятельности, обеспечивая максимально возможное предотвращение экологического ущерба.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что технологическая политика, при которой исключаются или уменьшаются отходы производства, должна иметь приоритет по сравнению с технологической политикой, направленной на переработку, обезвреживание или захоронение отходов. Несмотря на то что еще не для всех производств разработаны промышленные технологии ресурсосбережения, не созданы экономические и юридические предпосылки для этого, альтернативы широкому внедрению ресурсосберегающих технологий сегодня уже нет [4].
5.4. Малоотходные и безотходные производства. Рециклинг отходов
Согласно ГОСТ 30772-2001, под безотходным производством понимается «форма ресурсосберегающей организации производства продукции, характеризуемая отсутствием отходов в основном производственном цикле или их полной утилизацией в дополнительных технологических процессах, не связанных с получением основной продукции на этом же производстве». При этом отмечается, что «чаще всего производство считают безотходным, когда отходы одного производства становятся сырьем для другого». При этом малоотходная технология понимается как промежуточная ступень при создании безотходного производства и отличается от него тем, что обеспечивает получение готового продукта с неполностью утилизированными отходами [43]. Отмечается, что при малоотходном производстве вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами [4].
246
Практически все исследователи сходятся во мнении, что безотходное производство – это идеальная модель, которая не может быть реализована на практике и к которой реальное производство может быть лишь в той или иной степени приближено [3, 15, 20, 43]. Степень этого приближения остается дискуссионной.
По мнению В.Е. Лотош, корректно говорить лишь о малоотходном производстве, причем не как о «промежуточной ступени» к достижению «практически безотходного производства», а как о конечной цели, так как на пути к достижению «абсолютной безотходности» стоит ряд неустранимых препятствий.
Во-первых, ни в каком технологическом процессе нельзя исключить энергопотери, связанные с рассеиванием тепла в окружающую среду, так как это противоречило бы второму началу термодинамики. Теплопотери при этом связаны с определенными затратами топлива, энергоносителей, а значит, и с отходами, образующимися при производстве этой части топлива или энергоносителей. Даже если эти отходы (при производстве топлива) удастся «собрать» и утилизировать, при этом вновь возникнут энергопотери и т.д. Эти потери есть принципиально неустранимый отход любой без исключения технологии.
Во-вторых, развивая предыдущий аргумент, дополним, что установки, призванные перерабатывать отходы какого-либо производства, создают свои собственные отходы, для использования которых необходимы новые установки, на которых также будут образовываться отходы и т.д. до бесконечности (не надо забывать, что и сами установки рано или поздно перейдут в отходы и потребуют утилизации) [3]. В литературе отмечается, что для внедрения безотходных и малоотходных производств непременно потребуется создание новых материалов и веществ, например, новых мембранных материалов, ионообменных смол, синтетических флокулянтов, химических реагентов, а также аппаратов и приборов, которые позволят усовершенствовать или интенсифицировать различные процессы разделения сред, обезвреживание и утилизацию отходов [43]. Жизненный цикл этих материалов и аппаратов породит комплекс новых проблем, связанных с новыми отходами.
247
В-третьих, структура товарной продукции резко отличается от структуры отходов. Содержание первых 9 по кларкам элементов в земной коре (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, титан) достигает 99,6 %. На долю других 80 с лишним дотрансурановых элементов, основы современной цивилизации (в том числе углерода), приходится не более 0,4 % массы вещества земной коры. Следовательно, подавляющая часть отходов – это песчано-глинистые вещества (ферро- и алюмосиликаты, окислы кремния). Их выход составляет более 100 млрд т/г., однако в столь гигантских количествах они человечеству не требуются. Основная область их применения – производство строительных материалов, мировой выпуск которых не превышает 11 млрд т/г. Более чем 10-кратное относительное увеличение человеком потребления пес- чано-глинистых материалов потребовало бы – ни много ни мало – смены материальной базы существования человечества на Земле, возможно, за счет деградации ныне известной его формы.
В-четвертых, во все времена определенное количество продуктов одной стадии материального производства будет экономически нецелесообразно использовать в качестве сырья, материалов, полуфабрикатов на других стадиях производства. Это ограничение также принципиально неустранимо.
В-пятых, помимо экономического ограничения существуют еще социальные, экологические или этические ограничения. На любом этапе развития науки и техники будут существовать отходы, переработка которых будет социально неприемлемой. Например, если бы общество считало это этически возможным, то трупы подвергали бы, несомненно, более экономически и экологически целесообразной переработке на мыло и изделия из кожи, а не захоронению или кремации [3].
В настоящее время в соответствии с решением Европейской экономической комиссии ООН и Декларацией о малоотходных и безотходных технологиях и использовании отходов принято более расплывчатое определение термина «безотходная технология», согласно которому безотходная технология – это такой способ произ-
248
водства продукции (процесс, предприятие), при котором наиболее рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле: сырьевые ресурсы – производство – потребитель – вторичные ресурсы, таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования. Таким образом, критерием «безотходности» здесь становятся «рациональность и комплексность» использования сырья и энергии, что возвращает нас к понятию ресурсосберегающей технологии, которая отличается минимальным отходообразованием [3]. В этом случае действительно логичнее использовать термин «малоотходная технология».
Предложены разные критерии «малоотходности». Так, согласно ГОСТ 30772–2001, под малоотходной технологией понима-
ется «процесс производства, при реализации которого для получения единицы продукции образуется меньшее количество отходов по сравнению с существующими способами получения этой же про-
дукции». Таким образом, здесь критерий относительный, данный в привязке к используемым в конкретный момент технологиям.
Другой критерий – коэффициент комплексности использования сырья и материалов. Он вычисляется как отношение полезных веществ (в процентах), извлекаемых из непереработанного сырья, ко всему его количеству. Такой коэффициент может быть различным для отдельных отраслей промышленности, находящихся на разных уровнях технологического совершенства, но в целом можно утверждается, что значение 85 % и более является удовлетворительным для высокотехнологичных производств, а 70–75 % – достаточным, чтобы отнести к малоотходным, например, угледобывающее предприятие [20].
Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что развитие технологий в сторону малоотходных производств может развиваться в трех основных направлениях:
I. Создание различных видов бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых и перспективных способов очистки. Бессточной считается такая система промышленного использования воды, при которой не менее 90 % ее находится в во-
249
дооборотном цикле и не более 10 % приходится на подпитку свежей водой. При этом необходимо, чтобы количество так называемых «продувочных» вод, сбрасываемых из системы в водоем или на очистные сооружения, не превышало 5 % находящихся в водообороте. Использование бессточных систем позволяет резко снизить водопотребление, но при этом, как правило, образуется вторичное загрязнение в виде твердых осадков или насыщенных растворов.
II. Разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые рассматриваются не как экологическая нагрузка, а как вторичные материальные ресурсы.
В отходах производства и потребления содержатся материалы, которые при использовании рациональной системы сбора
иидентификации могут быть выделены из общей массы отходов
ивозвращены в производство в виде компонентов сырья для изготовления товаров и получения сырья, имеющих потребительскую ценность. Такой процесс возврата в производство вторичного сырья и компонентов отходов, сточных вод, пылегазовых выбросов
называется рециклингом.
Рециклинг может быть реализован на локальном уровне, когда в производство возвращаются собственные отходы. В качестве
примера приведем использование в качестве вторичного сырья в стекольном производстве собственных бракованных стеклянных изделий, обрезь при раскрое стекла, стеклобоя. Такой локальный рециклинг в виде оперативного возвращения в производство собственных отходов в процессе их образования получил название производственного рециклинга. Производственный рециклинг применяется тогда, когда использование собственных отходов в технологических процессах на этом же предприятии не ухудшает качество выпускаемой продукции.
Вместе с тем практика свидетельствует о том, что на большинстве предприятий – производителей отходов, производственный рециклинг не обеспечивает полное использование собственных отходов, а в особенности это относится к продукции, которая рассматривается как отложенный отход, возврат которого в производ-
250