Защиты окружающей среды

Основные направления инженерной

Основные направления инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропоген­ных воздействий — внедрение ресурсосберегающей, безотход­ной и малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксикация отходов и главное — экологизация всего произ­водства, при котором обеспечивалось бы включение всех ви­дов взаимодействия с окружающей средой в естественные цик­лы круговорота веществ.

Экологизация производства и топливно–энергетического комплекса предполагает приспособление различных технологий к сложившимся природным (био­сферным) условиям. Исходя из ограниченных возможностей сложившихся биосферных явлений, экологизация требует планомерного производства и воспроизводства компонентов в условиях природной среды.

Эти принципиальные направления основаны на циклично­сти материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Тех­нологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют эко­логизированными.

Подобно любой экологической системе, где вещество и энер­гия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам и в первую очередь закону кру­говорота веществ.

Другой путь, например, создание всевозможных, даже са­мых совершенных очистных сооружений, не решает пробле­му, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Основ­ная причина загрязнения биосферы — это ресурсоемкие и за­грязняющие технологии переработки и использования сырья. Именно эти так называемые традиционные технологии при­водят к огромному накоплению отходов и к необходимости очи­стки сточных вод и утилизации твердых отходов. Достаточно отметить, что ежегодное накопление на территории бывшего СССР в 80-х годах составляло 12—15 млрд т твердых отходов, около 160 млрд т жидких и свыше 100 млн т газообразных отходов.

Более подробно о методах инженерной защиты атмосферы, гидросферы, литосферы см. в пп. 2.3, 2.5,2.7, 2.9.

 

3.3.1. Основные направления малоотходных и безотходных технологий

Принципиально новый подход к развитию всего промыш­ленного и сельскохозяйственного производства — создание ма­лоотходной и безотходной технологии, т.е. рационального использования всех компонентов сырья и энергии в замкнутом цикле.

Понятие безотходной технологии, в соответствии с Декла­рацией Европейской экономической комиссии ООН (1979) оз­начает практическое применение знаний, методов и средств, с тем чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наибо­лее рациональное использование природных ресурсов и защи­тить окружающую среду.

В 1984 г. эта же комиссия ООН приняла более конкретное определение данного понятия: «Безотходная технология — это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наи­более рационально и комплексно используются сырье и энер­гия в цикле сырьевые ресурсы — производство — потребитель — вторичные ресурсы — таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функцио­нирования».

Под безотходной технологией понимают также такой спо­соб производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным, чем «безотходная технология», следует считать термин «малоотходная технология», так как в принципе «безотходная технология» невозможна, ибо любая человеческая технология не может не производить отходы, хотя бы в виде энергии. Достижение полной безотходности нере­ально, поскольку противоречит второму нача­лу термодинамики, поэтому термин «безотходная технология» условен (метафоричен). Технологию, позволяющую получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов, называют малоотходной и на современном этапе развития научно-техни­ческого прогресса она является наиболее реальной.

Под малоот­ходным производством также следует понимать такое производство (процесс, предприятие, объединение, ТПК), результаты которо­го при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, т. е. ПДК. При этом по техническим, экономическим, организаци­онным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.

В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструи­рованы или закрыты, т. е. все современные предприятия долж­ны быть малоотходными и безотходными.

Для практических целей значение коэффициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75 % и выше, можно принять в качестве количественного критерия малоотходного, а 95 % — безотход­ного производства в ряде материалоемких отраслей народного хозяйства. При этом должна учиты­ваться токсичность отходов.

Разработка и внедрение безотходных производств требует выполнения следующих принципов:

1. Системность (это основной принцип): каждый отдельный процесс или производство рассматри­вается как элемент динамичной системы — всего промышлен­ного производства в регионе и на более высоком уровне как элемент эколого-экономической системы в целом, вклю­чающей кроме материального производства и другой хозяйст­венно-экономической деятельности человека природную среду, а также человека и среду его обитания.

2. Комплексность использования ресурсов: максимальное использование всех ком­понентов сырья и потенциала энергоресурсов. Практически все сырье является комплексным, и в среднем бо­лее трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке (почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20 % золота полу­чают попутно при переработке комплексных руд).

3. Цикличность материальных потоков: замкнутые водо- и газооборотные циклы, ком­бинирование и кооперация производств, создание территориально-промышленных комплексов, разработка и выпуск новых видов продукции с учетом тре­бований повторного ее использования.

4. Ограничение воз­действия производства на окружающую природную и соци­альную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и сохранения природных и социальных ресурсов (атмосферный воздух, вода, поверх­ность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения) на основе эффективного мониторинга, развитого экологического нормирования и управления природопользованием.

5. Рациональность организации: разумное использование всех компонентов сырья, максимальное уменьшение энерго-, материало- и трудоемкости производства, поиск новых эколо­гически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, что приводит к снижению отрицательного воздействия на окружающую среду и нанесения ей ущерба.

Огромное значение для снижения уровня загрязнения ок­ружающей среды, экономии сырья и энергии имеет повторное использование материальных ресурсов, т.е. рециркуляция. Так, производство алюминия из металлолома требует всего 5 % энер­гозатрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т вторич­ного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одно­временно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосфе­ру.

В комплекс мероприятий по сокращению до минимума ко­личества вредных отходов и уменьшения их воздействия на ок­ружающую природную среду, по рекомендации различных ав­торов, входят:

— разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточ­ных вод;

— разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

— создание и выпуск новых видов продукции с учетом тре­бований повторного ее использования;

— создание принципиально новых производственных про­цессов, позволяющих исключить или сократить техно­логические стадии, на которых происходит образование отходов.

Начальным этапом этих комплексных мероприятий, наце­ленных на создание в перспективе безотходных технологий, является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкну­тых, систем водопользования.

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.

Замкнутый цикл водопользования — это система промыш­ленного водоснабжения и водоотведения, в которой многократ­ное использование воды в одном и том же производственном процессе, осуществляется без сброса сточных и других вод в природные водоемы.

Одним из важнейших направлений в области создания без­отходных и малоотходных производств является переход на но­вую экологическую технологию с заменой водоемких процес­сов безводными или маловодными.

Прогрессивность новых технологических схем водоснабже­ния определяется тем, насколько в них уменьшилось, по срав­нению с ранее действующими, водопотребление и количество сточных вод и их загрязненность. Наличие большого количе­ства сточных вод на промышленном объекте считается объек­тивным показателем несовершенства используемых техноло­гических схем.

Разработка безотходных и безводных технологических про­цессов — наиболее рациональный способ защиты окружаю­щей природной среды от загрязнения, позволяющий значи­тельно уменьшить антропогенную нагрузку. Однако исследо­вания в этом направлении еще только начинаются, поэтому в различных областях промышленности и сельского хозяйства уровень экологизации производства далеко неодинаков.

Существуют серьезные экономические ограничения стратегии всеобщей очистки. Стоимость очистных сооружений высока и приближается к стоимости капитальных вложений в производство. В крупнотоннажной химии зависимость между желаемым процентным уровнем очистки всех эмиссий - Х и процентной долей стоимости очистных устройств – Y в общей стоимости основных фондов y имеет вид:

Y = 0,003 X ^2,2.

Это означает, что для осуществления, например, 90 %-й очистки стоимость очистных сооружений и устройств должна составлять 60 % стоимости основных фондов. Поэтому попытки достигнуть высокой степени очистки (100 %-я очистка принципиально невозможна), резко снижают конкурентоспособность производства и перекладывают тяжесть соответствующих затрат на потребителей.

Другим существенным ограничителем является тот факт, что развитие индустрии очистки требует подключения дополнительных производственных мощностей в машиностроении, химии и др. отраслях, что само по себе ведет к увеличению загрязнения среды. Франция занимает 1-е место в мире по промышленной утилизации производственных и бытовых отходов и гордится этим.

Но уже к концу 1980-х годов строительство, энергообеспечение и создание оборудования для мусороперерабатывающих предприятий достигли такого уровня, что своей техногенной нагрузкой полностью поглотили на национальном уровне весь очищающий эффект уборки и переработки мусора. Отсюда, в частности, и настойчивое предложение экспорта мусороперерабатывающих технологий со стороны Франции.

Отходность производства может быть заметно снижена посредством такой производственной кооперации, при которой отходы одних предприятий служат сырьем для других. Однако, кроме организационных трудностей такая кооперация увеличивает суммарные энергетические и другие затраты для получения единицы массы конечного продукта по сравнению с некооперированным производством.

Таким образом, охрана окружающей среды сама по себе не может существенно снизить природоемкость производства без его серьезных количественных и качественных изменений.

В настоящее время в нашей стране достигнуты опреде­ленные успехи в разработке и внедрении элементов экологи­чески безопасной технологии в ряде отраслей черной и цвет­ной металлургии, теплоэнергетики, машиностроения, хими­ческой промышленности. Однако полный перевод промыш­ленного и сельскохозяйственного производства на безотход­ную и безводную технологиии и создание полностью эколо­гизированных производств сопряжены с весьма сложными проблемами различного характера — организационными, на­учно-техническими, финансовыми и др., и поэтому современ­ное производство еще долгое время будет потреблять для своих нужд огромное количество воды, иметь отходы и вредные вы­бросы.

3.3.2. Биотехнология в охране окружающей среды

 

В последние годы в экологической науке все больший ин­терес проявляется к биотехнологическим процессам, основанным на создании необходимых для человека продуктов, явле­ний и эффектов с помощью микроорганизмов.

Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание биологических объектов, микробных культур, сооб­ществ, их метаболитов и препаратов, путем включения их в естественные круговороты веществ, элементов, энергии и ин­формации.

Биотехнология нашла широкое применение в охране при­родной среды, в частности, при решении следующих приклад­ных вопросов:

- утилизации твердой фазы сточных вод и твердых быто­вых отходов с помощью анаэробного сбраживания;

- биологической очистки природных и сточных вод от ор­ганических и неорганических соединений;

- микробном восстановлении загрязненных почв, получении микроорганизмов, способных нейтрализовать тяже­лые металлы в осадках сточных вод;

- компостировании (биологическом окислении) отходов растительности (опад листьев, соломы и др.);

- создании биологически активного сорбирующего мате­риала для очистки загрязненного воздуха.

3.3.3. Критерии экологичности технологических процессов

 

Рациональная переработка минераль­ного сырья предполагает наиболее полное использование его исходных компонентов, переход на малоотходную и безотход­ную технологию производства. По количеству отходов, обра­зующихся в том или ином технологическом процессе, в значи­тельной мере можно судить об эффективности использования сырья. В то же время образование отходов является одним из основных факторов, определяющих масштабы вредного воз­действия производства на окружающую среду, следовательно, может служить показателем экологичности технологического процесса. Кроме количественной оценки отходов возникает не­обходимость учета их качества, позволяющего определить ток­сичность компонентов отходов и их опасность для окружаю­щей среды.

В настоящее время нет типовой методики, по которой мож­но было бы оценивать с учетом количества всех отходов эколо­гическое совершенство технологии. Вместе с тем в ряде отрас­лей народного хозяйства такие оценки проводятся по конкрет­ным видам производства.

В качестве примера приведем разра­ботанную В. Ремезом, А. Шубиным и другими методику по количественной оценке экологиче­ского совершенства химических процессов и удельного образо­вания отходов. Авторами предложен критерий экологичности К_ЭК, рассчитываемый по формуле

 

где m_i^ж, m_i^г,m_i^т— количество i-го токсичного компонента жидких, газооб­разных и твердых отходов соответственно, т/т продукта;

С_i^ж, С_i^г,С_i^т — концентрация i-го компонента в жидких, твердых, мг/дм³, и газообразных, мг/м³, отходах;

ПДК_i^ж — предельно допустимая концентрация i-го компонента в воде рыбохозяйственных водоемов, мг/дм ;

ПДК_i^г — предельно допустимая концентрация i-го компонента в воздухе населенных мест, мг/м³.

Для оценки токсичности твердых отходов предполагается использование ПДК^Ж, так как при хранении твердых отходов возможно их растворение в атмосферных осадках, сточных и грунтовых водах.

Как видно из формулы, критерий экологичности со­стоит из трех частей: параметров учета соответственно жидких газообразных, твердых отходов (А, В и С).

При расчете параметров Аколичество i-го компонента в жидких отходах m_i^жопределяется по формуле

где Q — количество жидких отходов; м³/ч; n — число рабочих дней в году; Р - выпуск продукции, т/год.

При расчете параметров А и Вучитываются все источники жидких и газообразных отходов. Так, для газообразных выбро­сов для каждого j-го источника количество i-го токсичного компонента рассчитывается по формуле

где C_i^rj— концентрация i-го компонента в j-м источнике, мг/м³; V_j — объем выбросов в j-м источнике, м³/ч.

Количество i-го токсичного компонента, выбрасываемого с газообразными отходами j-м источником m_i^гопределяется сум­мированием m_i^гj по j-му компоненту с учетом рабочего вре­мени:

Средняя концентрация i-го компонента в газообразных от­ходах C_i^грассчитывается по уравнению

где Vj— общий объем вредных выбросов, м^э/ч.

Количество i-го токсичного компонента в твердых отходах определяется по формуле

где Т_т — количество твердых отходов, т/год; r_i— содержание i-го токсичного компонента (элемента) в твер­дых отходах, %.

Для идеальной (безотходной) технологии критерий К_эк должен быть близким к нулю.

 

ªВопросы для самопроверки

 

1. Перечислите основные направления инженерной защиты окружающей природной среды.

2. Почему создание даже самых совершенных очистных сооружений не решает проблему загрязнения окружающей природной среды?

 

3. Оцените роль малоотходных и безотходных технологий в защите среды обитания от загрязнения.

4. При решении каких прикладных экологических вопросов находит применение биотехнология?

 

&?Вопросы для самостоятельного изучения

 

1. Почему даже совершенная охрана окружающей среды с помощью технических средств (“всеобщая очистка”) сама по себе не может решить проблем стабилизации глобальной экологической обстановки ?