Малоотходные и безотходные производства

Для кардинального решения проблемы экологии, снижения ресурсоёмкости и энергоёмкости производства необходимо обеспечить кругооборот сырья, утилизовать вторичные ресурсы, полностью использовать всё, что добывается из недр земли и океана, на основе комплексной переработки. Производство необходимо перестроить таким образом, чтобы технологии стали максимально безотходными, экологически чистыми и экономически выгодными. Эти технологии должны заимствовать природные принципы: отходы одних организмов являются важнейшим ресурсом для других.

Академик А.Е. Ферсман ещё в 30-х годах ХХ столетия, имея в виду идею ресурсных циклов, под комплексным использованием сырья подразумевал такую организацию производства, при которой не пропадал бы ни 1 грамм добываемой горной массы, не было бы отходов. Пока же формирующиеся циклы представляют собой главным образом стадии последовательной переработки сырья.

Такие циклы называют простыми, линейными. Например, связи по вертикали: лесозаготовка – вывозка леса – лесопиление – деревообработка. Данные циклы уже обеспечивают существенный эффект по сравнению с одиночно расположенными (точечными) предприятиями, и в то же время этот результат будет несоизмеримо выше при развитии не только вертикальных, но и горизонтальных связей. Данные связи могут развиваться на каждой стадии цикла, где образуются отходы. На базе этих отходов формируются производства (лесохимии, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным. При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное достигается комплексность использования сырья. Динамика их развития может быть представлена следующим образом (рис.7.23).

Одиночное предприятие по добыче одного ресурса

Рис.7.23. Развитие ресурсного цикла

Таким образом, ресурсные циклы будут постепенно преобразовываться (трансформироваться) на основе тех же принципов, что и естественные циклы – взаимосвязи и замкнутости. Данная организация ресурсных циклов получила название безотходных производств, понимаемых как совокупность технологических процессов, из которых отходы одних используются в качестве сырья для других производств и тем самым обеспечивается их полная утилизация. Реальным же является переход к малоотходным производствам, характеризующимся максимально возможной утилизации выбросов.

Так, например, украинскими учёными разработана технология извлечения графита из копоти металлургических заводов; её применение позволяет полностью отказаться от добычи графитовых руд, исключить складирование отходов производства и самое главное улучшить состояние атмосферы.

Одним из методов снижения выбросов СО₂ является связывание его в химические соединения. Наиболее перспективное направление – это получение метанола. В производстве метанола используются СО, СО₂ и Н₂. Таким образом, снизить выбросы в атмосферу и повысить степень использования сырья можно за счёт создания совместных производств метанола и водорода, метанола и аммиака, которые по степени связывания оксидов углерода в метанол делятся на производства с полным или частичным использованием СО и СО₂. Широкое распространение получили на сегодняшний день совместные производства с частичным использованием монооксида и диоксида углерода. Суммарные реакции получения метанола из оксидов углерода и водорода описываются следующими уравнениями:

СО + 2Н₂= СН₃ОН; СО₂+ 3Н₂+ СН₃ОН + Н₂О.

Благодаря связыванию оксидов СО и СО₂ заметно уменьшается их выброс в атмосферу и дополнительно получается сырьё для производств химических продуктов, в том числе синтетическое топливо для двигателей внутреннего сгорания, которое является менее вредным и более дешёвым.

Нестандартным решением вопроса утилизации ТБО является получение из него водорода с использованием технологии плазменной переработки путём высокотемпературного пиролиза их органической составляющей. Образующийся пиролизный газ содержит до 40 % водорода, 35 % оксида углерода и малое количество примесей других углеводородов. Это даёт возможность получать до 150 кг водорода из 1 т ТБО. Таким образом, решаются две проблемы: получение экологически чистого топлива и утилизация ТБО.

Наиболее рациональным решением проблемы охраны водоёмов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, то есть использование очищенных сточных вод в системах оборотного водоснабжения. При этом свежая вода забирается из источников только для питьевых целей. Городские сточные воды также можно использовать на предприятиях разных отраслей после предварительной очистки. Использование биологически очищенных сточных вод в оборотных системах водоснабжения позволяет частично или полностью отказаться от свежей воды. Доля сточных вод в подпитке оборотных систем водоснабжения может составлять от 50 до
100 %. Замкнутые и оборотные системы водоснабжения – основа бессточных предприятий с локальными очистными установками, повторным использованием сточных вод и рекупераций отходов (рис.7.24).

Конечная цель безотходного и малоотходного производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на n-й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Система считается безотходной, когда отходы n-й стадии вновь поступают в производство или становятся безвредными.