Основы_природопользования Павликова

4 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПРОБЛЕМА ОТХОДОВ

Любая производственная деятельность связана с появлением отходов. «Безотходность» природных циклов – это миф, который опровергается огромными пластами геологических отложений, возникших в результате деятельности живых организмов.

Отходы производства, попадая в природную среду, практически всегда изменяют ее химический состав или физические свойства и, следовательно, являются загрязняющими веществами.

Ландшафты и экосистемы наиболее заселенных местностей и весь современный облик биосферы сформировались под антропогенным воздействием. Пытаться строго классифицировать эти воздействия сложно, но по характеру условно их можно разделить на физико-химические, биологические и физико-механические.

Примеры физико-химического загрязнения – выбросы в атмосферу и водоемы загрязняющих веществ (в том числе радиоактивных).

Примеры биологического загрязнения – загрязнение воды и почвы нечистотами, содержащими болезнетворные микроорганизмы, и антропогенная интродукция (внедрение) биологических видов, чужеродных для биоценоза и губительных для его природных обитателей.

Примеры физико-механического загрязнения – засорение атмосферы частицами пыли из-за неправильной распашки земель, ведущей к эрозии, то есть разрушению, почв, или шумовое загрязнение городской среды.

По времени и степени создаваемого ущерба антропогенные воздействия можно разделить на кратковременные аварии и перманентные (постоянные или долговременные) нагрузки на экосистемы, длительность которых превышает или сопоставима со временем сукцессии. При этом аварийные нагрузки могут иметь и весьма долговременные последствия. Хотя последствия катастрофических аварий производят наиболее сильное впечатление, основной экологический ущерб приносит перманентное загрязнение окружающей среды.

Химическое загрязнение может носить двоякий характер. Вопервых, это антропогенное изменение природных циклов имеющихся в природе веществ и сдвиг их биогеохимических циклов и

21

концентраций. Пример: выброс огромных количеств окислов углерода, серы и азота при сжигании ископаемого топлива. Вовторых, это распространение в природных средах синтетических веществ, в том числе особо ядовитых в природе не существующих (ксенобиотики). Примеры: утечки диоксинов и использование пестицидов в сельском хозяйстве. Подобные вещества особо опасны тем, что в экосистемах могут отсутствовать механизмы их разложения или консервации, а живые организмы не обладают способностью к их уничтожению при попадании во внутренние органы.

Для загрязняющих веществ вводят нормативы, называемые

предельно допустимыми концентрациями (ПДК). ПДК устанавли-

ваются отдельно по каждой среде. Кроме того, для воздуха ПДК устанавливаются в зависимости от времени воздействия. Под разовой ПДК для воздуха обычно понимают концентрацию, допустимую в течение не более 20 минут. Среднесуточная ПДК – это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Поэтому среднесуточная ПДК есть основной норматив для оценки качества воздуха. В качестве отдельного норматива вводится ПДК рабочей зоны. Эту ПДК определяют, учитывая продолжительность рабочего времени, и за соблюдением этой нормы должны следить органы охраны труда. Устанавливаются ПДК для продуктов питания.

Известно, что значительную роль в обеспечении экологической безопасности играет решение вопроса хранения, переработки и утилизации отходов.

В настоящее время объективным сдерживающим фактором в развитии городской системы сбора, переработки отходов производства и потребления можно назвать такие задачи, как отсутствие нормативной базы, адекватной современным требованиям к состоянию экологической среды, транспортировки отходов, их хранения, переработки, сбыта переработанного сырья, захоронения и сжигания отходов.

По классу опасности для окружающей природной среды все отходы делят:

-1-й класс – чрезвычайно опасные;

-2-й класс – высоко опасные;

22

-3-й класс – умеренно опасные;

-4-й класс – малоопасные;

-5-й класс – практически неопасные.

Отходы 1-го класса являются чрезвычайно опасными, потому что наносят необратимый вред окружающей среде. Они несут наибольшую опасность для окружающей среды и надзор за ними со стороны государственных органов наиболее суровый. Утилизация отходов 1-го класса, таких как ртутьсодержащие предметы и другие должна производиться специалистами, согласно требованиям безопасности утилизации таких отходов. Утилизацию отходов 1-го класса проводится только при применении специального оборудования высококвалифицированными работниками.

Отходы 2-го класса – высоко опасные вещества, несущий большой вред экологической системе, и период восстановления после полной утилизации таких отходов составляет 30 лет. Утилизация отходов 2-го класса также подразумевает размещение и захоронение отходов в специализированных помещениях или на полигонах, где земные отложения играют роль естественных изоляторов. При утилизации отходов 2-го класса стоит быть особенно осторожными, так как утечка подобных отходов может создать экологическую катастрофу.

Отходы 3-го класса умеренно-опасные, то есть экологическая система восстанавливается в течение 10 лет. Утилизация отходов 3-го класса, например, может включать в себя сжигание отходов на специализированных полигонах. Во время утилизации 3-го класса следует быть внимательным к температурным режимам, так как этот вид отходов является наиболее легковоспламеняемым.

Отходы 4-го класса являются малоопасными и практически не вредят экологической системе. Утилизацию отходов 4-го класса, в основном, производят путем захоронения на свалках или специально отведенных полигонах. В основном это твердые бытовые отходы, органические и инертные. Утилизация отходов 4-го класса не менее важна, ведь продукты жизнедеятельности составляют огромный процент от количества ежегодных отходов, собранных во всем мире. Часто подобные отходы перерабатываются и пригодны к повторному использованию.

23

4.1 Утилизация отходов производства

Утилизация отходов производства – это утилизация остатков различных материалов и веществ, оставшихся от производства, либо не вошедших в него. Отходами производства называют те отходы, которые были получены из природных материалов с помощью химической или иной обработки. При утилизации отходов производства производится уничтожение вредных элементов, получение новых веществ, либо консервация опасных элементов в специальных емкостях.

Утилизация отходов является сложной и многофакторной экологической, технологической и экономической проблемой. Во всем мире идет активный поиск технологий и оборудования для переработки и утилизации отходов при соблюдении современных требований экологии. Обострение экологической ситуации ставит промышленные предприятия в сложное положение. Расходы на предупреждение загрязнения окружающей среды производственными отходами растут. Некоторые предприятия вообще не имеют систем утилизации отходов и сбрасывают стоки после невысокой степени очистки на устаревшем оборудовании, перекладывая на город проблему переполненных отстойных сооружений. Прошедшие в них обработку сточные воды легально или самовольно сбрасываются в канализацию и далее, после городской станции поступают в отстойники, которые к настоящему времени переполнены и порождают серьезнейшую экологическую проблему.

4.1.1 Способы очистки сточных вод

Механическая очистка. Механическая очистка сточных вод, как правило, является предварительным этапом для очистки промышленных сточных вод. При этом обеспечиваются выделение незначительной доли взвешенных веществ и снижение загрязнения. Высокая эффективность процесса достигается интенсификацией гравитационного отстаивания, затем пропуском сточных вод через слой различных зернистых материалов или через сетчатые барабанные, напорные фильтры или фильтры с плавающей

24

нагрузкой и без добавления химических реагентов и с использованием фильтровальных материалов.

Физико-химические методы. Физико-химические методы очистки сточных вод пригодны для использования на предприятиях различных отраслей.

Биологическая очистка. На современном этапе развития науки и техники биоочистка является основным и наиболее перспективным методом удаления загрязнений из сточных вод, т. к. обеспечивает достаточно глубокий распад веществ и основан на использовании природных процессов и катализаторов.

Термическая обработка. Термические методы обработки осадков сточных вод позволяют существенно сократить их количество и снизить токсичность. Термические методы приобретают большое значение при переработке осадков, шламов и илов. При достаточной степени переработки осадков сточных вод прекратится увеличение массы накапливаемых отходов и появится возможность использовать ценные компоненты в других отраслях.

4.1.2 Способы утилизации твердых отходов

Огневой способ. Огневой способ обезвреживания и переработки отходов является наиболее универсальным, надежным и эффективным по сравнению с другими. Во многих случаях он является единственно возможным способом обезвреживания промышленных и бытовых отходов. Способ применяется для утилизации отходов в любом физическом состоянии: жидких, твердых, газообразных и пастообразных. Наряду с сжиганием горючих отходов огневую обработку используют и для утилизации негорючих отходов. В этом случае отходы подвергают воздействию высокотемпературных (более 1000 °С) продуктов сгорания топлива.

Этот способ характеризуется высокой санитарногигиенической эффективностью. Область применения огневого способа и номенклатура отходов, подлежащих огневому обезвреживанию, постоянно расширяются. К ним относятся отходы хлорорганических производств, основного органического синтеза, производства пластических масс, резины и синтетических волокон, нефтеперерабатывающей промышленности, лесохимии, химико-фармацевтической и микробиологической промышлен-

25

ностей, машиностроения, радиотехнической и приборостроительной промышленностей, целлюлозно-бумажного производства и многих других отраслей промышленности.

Способом сжигания можно обезвреживать и такие сложные с точки зрения утилизации отходы, как смесь органических и неорганических продуктов, а также галогенорганические отходы.

Технологии высокотемпературного пиролиза. Высокие эко-

логические показатели достигаются посредством технологии высокотемпературного пиролиза, т. е. предварительного разложения органической составляющей отходов в бескислородной атмосфере (пиролиз), после чего образовавшаяся концентрированная парогазовая смесь (ПГС) направляется в камеру дожигания, где в режиме управляемого дожига газообразных продуктов происходит перевод токсичных веществ в менее или полностью безопасные. Тем самым предотвращается образование диоксинов и фуранов. Как следствие процесс высокотемпературного пиролиза обеспечивает экологическую безопасность выбросов

Плазмохимическая технология. Плазмохимическую техно-

логию используют для переработки высокотоксичных жидких и газообразных отходов. При этом происходит не только обезвреживание опасных отходов, но и производство ценных товарных продуктов. Процесс осуществляется в плазмотроне за счет энергии электрической дуги при температуре выше 4000 °С. При такой температуре кислород и любые отходы расщепляются до электронов, ионов и радикалов. Степень разложения токсичных отходов достигает 99,99980 %, а в отдельных случаях 99,99995 %. Высокие затраты энергии и сложность проблем, связанных с плазмохимической технологией, предопределяют ее применение для ликвидации только тех отходов, огневое обезвреживание которых не удовлетворяет экологическим требованиям.

Перспективно применение плазменного метода для переработки отходов в восстановительной среде с целью получения ценных товарных продуктов. В нашей стране, например, разработана технология пиролиза жидких хлорорганических отходов в низкотемпературной восстановительной плазме, позволяющая получать ацетилен, этилен, хлористый водород и продукты на их основе.

26

4.1.3 Использование вторичных ресурсов

Использование вторичных ресурсов вместе с положительными имеет и отрицательные стороны. Негативные последствия увеличения доли вторичного сырья и замены первичного сырья отходами, проявившиеся в ряде отраслей, свидетельствуют о том, что их применение должно быть оптимальным. Например, использование отходов в пищевой промышленности привело к резкому снижению вкусовых качеств продукции.

Применение осадков сточных вод в качестве удобрений вызвало накопление фитотоксичных тяжелых металлов в почве, усилило накопление кадмия в растениях. Вследствие этого внесение таких осадков в почву рекомендовано делать не чаще одного раза в пять лет и применять их лишь для удобрения лугов.

4.1.4 Захоронение отходов

Полигоны. Полигоны для захоронения отходов являются природоохранными сооружениями, предназначенными для регулярного централизованного сбора, удаления, обезвреживания и хранения неутилизируемых отходов. Участок захоронения токсичных промышленных отходов представляет собой территорию предназначенную для размещения, в специально оборудованных котлованах, токсичных твердых отходов различных классов опасности.

Заполнение карьеров. Использование промышленных отходов в качестве заполнителя при рекультивации карьеров. При добыче полезных ископаемых неизбежно образуется большое количество отработанных карьерных выемок, негативно влияющих на различные элементы природной среды: нарушение геоморфологии, гидрологического и гидрогеологического режимов, загрязнение подземных горизонтов, ландшафтные изменения.

4.2 Понятие безотходного производства

Термин «безотходная технология» был впервые предложен академиками Н.Н.Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым. В ряде стран Европы вместо терминов «безотходная технология»

27

и «малоотходная технология» применяются термины «чистая технология» или «более чистая технология», что по существу одно и то же.

В настоящее время в соответствии с решением ЕЭК ООН и Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов сформулировано понятие безотходной технологии (БОТ).

Безотходная технология – это практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду.

Часто встречается и другое название – безотходная технологическая система (БТС).

Безотходная технологическая система – это отдельное производство или совокупность производств, в результате практической деятельности которых не происходит отрицательного воздействия на окружающую среду.

Понятие безотходной технологии затрагивает не только производственный процесс, но и конечную продукцию, которая должна характеризоваться:

1)долгим сроком службы изделий;

2)возможностью многократного использования;

3)простотой ремонта;

4)легкостью возвращения в производственный цикл или перевода в экологически безвредную форму после выхода из строя.

Схема безотходного производства имеет вид: «спрос – готовый продукт – сырье». Каждый этап этой схемы требует затрат энергии, а ее производство связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Другим препятствием для организации безотходного производства является износ материалов, их рассеивание в окружающей среде.

Понятие безотходной технологии носит условный характер. Под ним понимается теоретический предел, совершенная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично. Отсюда и появилось понятие малоотходной технологии. Но по мере развития научно-

28

технического прогресса технология будет совершенствоваться и все более приближаться к идеальной модели.

Оценка степени безотходности производства является очень сложной задачей. Единых критериев безотходности для всех отраслей промышленности не существует.

Возможны следующие подходы для оценки степени безотходности производства:

а) степень использования природных ресурсов; б) отношение выхода конечной продукции к массе посту-

пившего сырья и полуфабрикатов; в) количество отходов, образующихся на единицу продук-

ции.

Точный расчет степени безотходности производства требует ввода поправки на токсичность отходов. Невозможно, например, сопоставлять отходы содового производства (CaCl2) и отходы гальванических цехов, исходя только из массы отходов. Однако на стадии проектирования для предварительного сопоставления различных технологических схем, выпускающих продукцию одного и того же вида, этот критерий вполне может быть использован.

Основные принципы создания безотходных производств:

1. Комплексное использование сырья. Отходы производства – это часть сырья, неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам. Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с точки зрения экологии, так и

сточки зрения экономики. Необходимость более рационального комплексного использования природных ресурсов диктуется с одной стороны все увеличивающимся темпом роста объема промышленного производства, загрязняющего окружающую среду, а

сдругой – необходимостью экономного расходования природных ресурсов, так как запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно растут. Источниками отходов являются:

а) примеси в сырье, т. е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;

б) неполнота протекания процесса, т. е. остаток полезного продукта в сырье;

в) протекание побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ.

29

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованного сырья, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше являлась отходом производства.

2.Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий и схем. Примеры:

а) в соответствии с разработками новых наукоемких технологий в электронной промышленности производят продукцию, потребляющую значительно меньше электроэнергии (телевизоры, компьютеры и т. д.);

б) в черной металлургии разработана новая технологическая схема прямого восстановления железа, позволяющая уменьшить загрязнение окружающей среды.

3.Создание замкнутых водо- и газооборотных циклов.

4.Кооперирование предприятий, создание территориальнопроизводственных комплексов. В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для другого производства.

Всвязи с этим сам термин «отходы» можно заменить на термин «продукты незавершенного производства». Следовательно, основной проблемой является изыскание возможностей применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях, которые могли бы их использовать в качестве вторичных материальных ресурсов. Например, в Бразилии из отходов переработки сахарного тростника получают этиловый спирт, который затем используют в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

В России была проведена большая работа по систематизации отходов различных отраслей промышленности и по созданию так называемых «банков отходов». Например, в химической промышленности, металлургии, нефтехимии и т. д. такие системы уже имеются.

Наиболее благоприятные возможности для межотраслевого кооперирования складываются в условиях территориальнопроизводственных комплексов (ТПК). Самым эффективным типом организации производства является сочетание межрайонной специализации с внутренней кооперацией.

Основные принципы создания ТПК:

а) единая производственная и социальная микроструктура, общая строительная и энергетическая база;

30