Лекция 16

МАЛООТХОДНОЕ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Сегодня природопользование, к сожалению, построено в основном на базе экстенсивных технологических процессов без серьезного учета экологических факторов. Отсюда во многом нерациональное использование природных ресурсов и серьезное загрязнение окружающей среды.

Необходим принципиально новый подход, основанный на цикличности использования материальных потоков. Эта цикличность подсказана самой природой, и она должна стать основой перспективного малоотходного и ресурсосберегающего производства. Только на этой основе можно найти близкое к оптимальному взаимодействие между развивающейся цивилизацией и окружающей среды.

В основу малоотходной и ресурсосберегающей хозяйственной деятельности положена концепция безотходного производства, которая как идея предложена и обоснована нашими учеными, академиками Н.Н. Семеновым, И.В. Петряновым-Соколовым, Б.Н. Ласкориным и др.

Термин "безотходное производство" получил широкое распространение во всем мире. Часто его отождествляют с такими понятиями, как "безотходная технология", "безотходная технологическая схема", "чистая технология" и т.д. Наиболее полно понятие "безотходное производство" было сформулировано в 1979 г. на общеевропейском совещании по сотрудничеству в области охраны окружающей среды в Москве. В 1984 г. под эгидой Европейского экологического комитета ООН в Ташкенте был проведен семинар по малоотходным ресурсосберегающим технологиям.

Что же такое безотходное производство? Это способ производства продукции (в рамках процесса, предприятия, производственного комплекса — ТПК), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле "сырьевые ресурсы — производство — вторичные сырьевые ресурсы", т.е. таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

В качестве промежуточного этапа рассматривается малоотходное производство, под которым понимается такой способ производства (в тех же рамках), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Для разработки и внедрения безотходных производств можно выделить ряд взаимо­связанных принципов.

1. Принцип системности, лежащий в основе создания безотходных производств, позволяет учесть усиливающуюся взаи­мосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и при­родных процессов. Это подтверждается тем, что каждый отдельно взятый процесс или производство необходимо рассматривать как элемент динамично развивающейся эколого-экономической систе­мы, включающей, кроме материального производства и другой хо­зяйственно-экономической деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека.

2. Принцип комплексности использования ресурсов, основан­ный на максимальном использовании сырьевых компонентов и энер­гетического потенциала. Все сырье практически является комплекс­ным, и в среднем более трети его количества составляют сопутст­вующие элементы, которые могут быть извлечены только при ком­плексной его переработке. Например, в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота получают попутно в процессе переработки комплексных руд. Прин­цип комплексного экономного использования сырья в России возве­ден в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации зависят от уровня организации безотходного производства.

3. Принцип цикличности материальных потоков. К цикличным материальным потокам можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. Последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сознательно организованного и регу­лируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. Такой процесс развивается поэтапно, начи­ная с регионов и распространяясь на всю техносферу. Следует отме­тить, что при разработке технологических процессов, обеспечиваю­щих малоотходность или безотходность производства, необходимо выполнить требования по ограничению воздействия производства на окружающую природную и социальную среды с учетом планомерно­го и целенаправленного роста его объемов и экологического совер­шенства. Это в первую очередь связано с сохранением таких природ­ных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверх­ность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Подчерк­нем, что реализация такого подхода осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормирова­нием и многозвенным управлением природопользованием..

Еще одним определяющим принципом создания безотходного производства является рациональность организации производст­ва. Определяющими здесь выступают требования:

Во первых, необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем и сферу потребления, означает, что замкнутый цикл может быть реализован только на уровне ТПК. В концепции как бы заложены принцип кооперации производства и региональный подход. Безотходное производство — это замкнутая система, организованная по аналогии с природными экологическими системами. Его основу составляет сознательно организованный человеком круговорот сырья, продукции и отходов.

Во-вторых, обязательно включение в производство всех компонентов сырья. Должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также аналогия с природными системами. Критики концепции безотходного производства, ссылаясь на второй закон термодинамики, утверждают, что ни теоретически, ни практически создать безотходное производство невозможно. И с этим можно согласиться, понимая, что энергию нельзя полностью перевести в работу. Строго говоря, и сырье практически невозможно целиком превратить в продукцию производства и потребления. Но в соответствии с законом сохранения вещества не исчезают и всегда могут быть преобразованы в ту или иную продукцию сооружение, элемент ландшафта и т.п. На полное использование энергии безотходное производство и не претендует, речь идет только о максимально возможном рациональном ее использовании. Термин "безотходное производство" точнее относить к территориально-производственным комплексам, а прогрессивные экологически чистые технологии называть малоотходными и ресурсосберегающими.

Третье важнейшее положение безотходного производства — сохранение нормального функционирования окружающей среды, сложившегося экологического равновесия. Безотходное производство не должно оказывать неблагоприятного воздействия в первую очередь на здоровье человека. Критериями качества окружающей среды в настоящее время являются ПДК или рассчитанные на их основе ПДВ и ПДС, а в будущем, при переходе с санитарно-гигиенических на экологические критерии, — предельно допустимые экологические концентрации (ПДЭК) или предельно допустимые экологические нагрузки (ПДЭН).

Было бы крайне важно иметь качественные оценки степени безопасности, позволяющие определять меру приближения производства к безотходному. Таких общепринятых критериев сегодня нет, однако есть попытки разработать методики по определению критериев отнесения производств к категории безотходных, малоотходных и традиционных (рядовых).

Сегодня в основу таких методик, как правило, закладываются следующие характеристики (коэффициенты): полноты использования материальных ресурсов (К^); полноты использования энергетических ресурсов (К^'), соответствия экологическим требованиям (К^). Коэффициент безотходности (К^ определяется как функция К, К и К. Каждый из коэффициентов может изменяться от 0 до 1. Подсчет их значения может вестись по различным более или менее сложным методикам.

Очевидно, что близким к пределу значением К^ может быть 0,98—0,99. С такой степенью цикличности обращаются в природе биогенные элементы. К^ — это по существу КПД различных технологических решений. В прогрессивных технологиях его значение 0,8,—0,9, в передовых — 0,7—0,8. Значение К^ должно быть близко к 1, так как в безотходном производстве, безусловно, должна учитываться токсичность отходов путем введения соответствующих коэффициентов, и в любом случае поступление отходов в атмосферу, водные объекты и почву не должно превышать установленных нормативов.

Это позволит снизить отрицательное воздействие на окружаю­щую среду и уменьшить нанесенный ей ущерб. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновре­менно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным путем достижения этой цели является раз­работка новых и усовершенствование существующих технологичес­ких процессов и производств.

Совокупность работ, связанных с охраной окружающей среды и рациональным освоением природных ресурсов, позволяет сформули­ровать главные направления создания мало- и безотходных про­изводств. К ним относятся:

• комплексное использование сырьевых и энергетических ре­сурсов;

• усовершенствование существующих и разработка принципиально новых технологических процессов и производств и соответст­вующего оборудования;

• внедрение водо- и газоотборных циклов на базе эффективных газо- и водоочистных методов;

• кооперация производств с использованием отходов одних про­изводств в качестве сырья для других и создание безотходных территориально-производственных комплексов.

Создание безотходного производства — длительный процесс, требующий решения сложнейших взаимосвязанных технологических, экономических, организационных, психологических и других задач, которое должно базироваться на определенных принципах, указанных ниже применительно к разным сферам.

Технологические процессы:

- разработка новых процессов, снижающих или практически исключающих образование отходов и отрицательное воздействие на окружающую среду;

- комплексное использование всех компонентов сырья и максимально возможное использование потенциальных энергоресурсов;

- геотехнологические методы разработки месторождений полезных ископаемых;

- безводные методы обогащения и переработки месторождений;

- замена химических процессов с использованием агрессивных сред на механические;

- замена, при возможности, первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными:

- разработка и внедрение перспективных высокоэффективных методов очистки промышленных выбросов и сточных вод;

- создание энерготехнологических процессов;

- разработка и внедрение непрерывных процессов;

- интенсификация и автоматизация процессов и ?.?.

Сырье, материалы и энергоресурсы:

- обоснованность их качества, использование для технологических нужд сырья и материалов не более высокого (например, питьевой воды) , а строго определенного качества;

- предварительная подготовка сырья и топлива, извлечение наиболее токсичных компонентов (например, серы из угля):

- замена высокотоксичных веществ (например, ртути, кадмия, свинца и др.) менее токсичными;

- замена, при возможности, сырья и энергоресурсов нетрадиционными, местными, попутно добываемыми и ?.?.

Аппаратное оформление:

- разработка принципиально новых аппаратов, совмещающих в себе ряд процессов;

- оптимизация размеров и производительности;

- герметизация;

- использование новых конструктивных материалов, позволяющих увеличить долговечность аппаратов, уменьшить их массу и т.п.

Готовая продукция:

- безвредность;

- длительность использования;

- обеспечение возможности рециклизации после физического или морального износа;

- быстрая биоразлагаемость при попадании в окружающую среду (например, широко распространенной тары, упаковочных материалов);

- удобство эксплуатации.*

Организация безотходного производства:

- принцип системности (является ключевым);

- цикличность потоков веществ и материалов;

- возможность комбинирования производства на основе комплексного использования сырья и энергоресурсов;

- возможность кооперации производств на основе переработки и утилизации отходов;

- обоснованность района и площадки строительства с учетом фонового загрязнения окружающей среды, перспектив развития данного производства и других видов хозяйственной деятельности в регионе;

- создание территориально-производственного комплекса;

- рациональная организация производства;

- создание региональных центров (или систем) по обезвреживанию и переработке отходов, прежде всего токсичных.

При организации современного производства необходимо наряду с обеспечением цикличности в использовании природных ресурсов особое внимание уделить снижению количества отходов, особенно токсичных, образующихся в ходе производственных процессов. Начальным этапом комплексных мероприятий, нацеленных на создание в перспективе безотходных технологий, является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкнутых, систем водопользования. Эти системы являются составной частью малоотходных и ресурсосберегающих технологий.

Давно настало время пересмотреть традиционно сложившуюся систему водопользования: вода — использование — очистка — сброс.

Оборотное водоснабжение – это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы.

Оптимальный вариант замкнутой системы водоснабжения должен быть основан на следующих принципах:

- на предприятиях должна быть создана единая система водного хозяйства, включающая водоснабжение, водоотведение и очистку сточных вод как подготовку их для повторного использования;

- свежая вода должна использоваться только для особых целей и восполнения потерь в системах;

- очистка должна сводится к регенерации отработанных технологических растворов и воды с целью их повторного использования в производстве;

- при этом необходимо создание локальных замкнутых систем технического водоснабжения (они служат основными звеньями замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий);

- методы, применяемые для регенерации технологических растворов и воды, должны обеспечивать одновременное извлечение ценных компонентов и доведение образующихся отходов до товарного продукта или вторичного сырья.

На смену дифференцированному подходу к разработке основных технологий, систем водоснабжения и методов очистки сточных вод должна прийти разработка системы водного хозяйства промышленных предприятий, включающая оптимизацию использования воды во всех операциях, производствах и цехах, регенерацию отработанных растворов с одновременным извлечением ценных компонентов и получением новых видов товарной продукции. Проектирование систем водопользования должно осуществляться одновременно с проектированием основной технологии с учетом научно обоснованных требований к качеству воды и правил ее использования (они должны определять, где, как, сколько и какого качества воду следует использовать). При этом регенерация рассматривается как экологически замкнутый комплекс не как вспомогательная, а как основная завершающая операция производства товарного продукта.

По данным специалистов, в настоящее время есть возможность во многих отраслях промышленности предусмотреть замкнутые системы водоснабжения. На многих предприятиях такие системы уже созданы. В ряде случаев стоимость очистки сточных вод для повторного использования их в системе промышленного водоснабжения может быть значительно ниже стоимости их очистки при выпуске в водный объект. Необходимо отметить, что экологически замкнутые ТПК лучше создавать на стадии проектирования. Системный подход к их созданию с полной утилизацией отходов — одно из наиболее конструктивных направлений в решении экологических проблем. Основой для создания экологически замкнутых комплексов служит анализ энерго- и массообмена существующего или проектируемого промышленного комплекса с окружающей средой в рамках определенной территории.