Радикальное решение проблемы защиты земель от отходов возможно при разработке новых технологий и малоотходных производств. Для обобщения особенностей малоотходного производства можно выделить ряд взаимосвязанных принципов, лежащих в его основе.
Ключевым в этом ряду является принцип системности (рис. 10.26, а). В соответствии с этим принципом каждый отдельный процесс или производство рассматриваются как элемент более сложной индустриальной системы.
Так, например, отходы нефтехимии — шламы, теплоэнергетики — золошлаковая смесь, химической промышленности — отсев извести используются для получения цемента, при этом возникающие отходы используются в промышленности строительных материалов, а отходы последней в сельскохозяйственной отрасли и т. д.
Другой важнейший принцип — принцип комплексности использования сырьевых ресурсов (см. рис. 10.26, б). Практически все используемое сырье многокомпонентно, и в среднем на 1/3 его стоимости составляют сопутствующие элементы. Так, уже в настоящее время практически все серебро, висмут, платину, более 20 % золота и около 30 % серы получают «попутно» при переработке комплексных РУД. Повышение комплексности использования ресурсов, например,
Рис. 10.26. Принципы малоотходных технологий:
а — системности; б— комплексности; в — цикличности. Увеличение числа «n ведет к существенному снижению отходов
в лесопромышленном производстве, имеет не только экологическое, но и важное экономическое значение.
Третьим принципом создания малоотходного производства является принцип цикличности материальных потоков (рециклинг) (см. рис. 10.26, в), где важную роль играют замкнутые водооборотные циклы, рециркуляция газовых потоков, утилизация твердых отходов. Во всем мире это направление приобретает весьма важное значение. Уже сейчас технически возможно использовать 2/3 образующихся отходов, причем капитальные вложения при переработке вторичного сырья примерно в 4 раза меньше, чем первичного.
В нашей стране за счет использования вторичного сырья производится 30 % стали, 25 % бумаги, 20 % цветных металлов. Однако существуют пределы в утилизации отходов. По мере увеличения доли вторичного сырья, в материальных циклах идет накопление примесного вещества. Например в стали, выплавленной из металлолома, накапливается медь, цинк, кобальт.
2 Виды отходов
Основными веществами, загрязняющими почву, являются:
— соли тяжелых металлов (в том числе тетраэтилсвинец);
—нефть и нефтепродукты;
—пестициды и гербициды;
—радиоактивные вещества;
—загрязнители атмосферы (за счет выпадания);
—загрязнители водоемов (за счет осаждения).
В соответствии с принятой в РФ классификацией (ГОСТ 25916—83) твердые отходы делят на отходы производства и отходы потребления.
Основные отходы производства:
— отходы черных и цветных металлов;
—отходы добычи и обогащения полезных ископаемых;
—зола, шлаки и углесодержащие отходы;
—отходы, содержащие пластмассы и полимеры;
—отходы, содержащие хлопчатобумажные, шерстяные, шелковые и синтетические волокна;
—резиносодержащие отходы;
—отходы, содержащие асбест;
—отходы стекла и строительных материалов;
—отходы переработки древесины;
—отходы кожевенного и мехового производств;
—отходы пищевых производств;
—отходы сельскохозяйственного производства.
Основные отходы потребления:
—изношенные текстильные материалы;
—макулатура (отходы бумаги и картона, включая тару);
—бой стекла;
—изношенные резино- и асбестсодержащие изделия;
—изношенные изделия из пластмасс (включая тару);
—изношенные изделия из кожи;
—вышедшие из употребления изделия из древесины;
—металлические амортизационные изделия (в том числе тара);
—жилищно-коммунальные отходы (в том числе пищевые отходы);
—твердые продукты, улавливаемые на очистных сооружениях.
Как видно из приведенного перечня, отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод. Отходы потребления составляют изделия и материалы, утратившие потребительские свойства в результате физического или морального износа. Вторичное сырье составляют вторичные материальные ресурсы, которые могут быть использованы в промышленности.
В зависимости от объема отходы делят на крупнотоннажные и малотоннажные. Например, ил после биологической очистки воды на нефтеперерабатывающем заводе является крупнотоннажным отходом.
Отходы могут быть дорогостоящими и дешевыми; в частности, отходы, образующиеся после регенерации катализатора, являются дорогостоящими, а шлак металлургической печи — дешевым.
По влиянию на окружающую среду отходы делят на вредные и безвредные. Например, после того как 30 лет назад у Борисовских прудов в Москве засыпали свалку металлических отходов московского АЗЛК, в воде родников около пруда обнаружилось высокое содержание кадмия, меди и цинка. Эту воду употреблять для пищевых целей нельзя, однако жители близлежащих кварталов все-таки используют эту воду для питьевых целей.
Помимо промышленных отходов в жилых массивах образуется много твердых бытовых отходов (ТБО), на одного человека их приходится до 300 кг в год. Проблема ТБО особенно актуальна в мегаполисах. Так, в состав ТБО в Москве входят: бумага, картон — 28,8%; металлы — 5,7%; пищевые отходы — 28,5%; пластмасса — 5,1%; текстиль — 3,01%; стекло — 4,4 %; горючие материалы — 1,8%; инертные материалы — 3,4%; отсев (мелкие частицы менее 15 мм) — 16,1%.
Среди основных источников твердых отходов (кроме ТБО) — энергетика (зола и шлаки, образующиеся при сжигании твердого топлива); черная и цветная металлургия (шлаки, формовочная земля, коксовые остатки); угледобывающая промышленность (отвалы); деревообрабатывающая отрасль хозяйства (опилки, стружка); химическая промышленность (химические вещества в широком ассортименте, в том числе фосфогипс, «хвосты» флотации апатита и др.).
Физико-химические свойства твердых отходов разнообразны: от очень активных токсичных (соединения мышьяка, фтора, фосфора, ртути) до инертных (мел, гипс, глинозем).
Отрицательное влияние твердых отходов на окружающую среду весьма значительно. В населенных пунктах твердые отходы накапливаются на санкционированных (убираемых) свалках, которые состоят на учете в Сан-эпиднадзоре и закреплены за конкретными предприятиями, организациями и службами. Гораздо более опасными являются несанкционированные (бесконтрольные) свалки, которые, несмотря на штрафные санкции, возникают постоянно и повсеместно. Именно поэтому специалисты-экологи должны уделять им особое внимание.
В качестве примера можно привести деятельность научного общества учащихся ПЭЛ № 330, которые обнаружили в Капотне и «привязали» к карте несанкционированную свалку вышедшего из строя торгового оборудования. Свалка занимала площадь около 90 м3. После обращения к администрации района мусор был удален. В химической лаборатории лицея был проведен качественный анализ почвы, показавший наличие в ней повышенной кислотности и высокое содержание солей железа и хрома. Растительность на месте свалки отсутствует до настоящего времени.
Правовые основы обращения с отходами определяет Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» 1998 г., который преследует две цели:
— предотвращение вредного воздействия отходов на человека и окружающую прироздоровьедную среду;
— вовлечение отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.
Отходы производства и потребления — остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства или потребления, а также товары, утратившие свои потребительские свойства (закон не распространяется на отходы в виде выбросов в атмосферу, сбросов в водные объекты, радиоактивные отходы).
Опасные отходы — отходы, содержащие вредные вещества и обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрыво-пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней.
Источниками отходов являются:
• примеси в сырье, т. е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;
• неполнота протекания процесса, остаток полезного продукта в сырье;
• побочные химические реакции, приводящие к образованию неиспользуемых веществ.
Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованных веществ, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше уходила в отходы.
Характерен пример цветной металлургии, где постоянно растет количество элементов, извлекаемых из минерального сырья. Из 90 элементов, обнаруженных в биосфере Земли, предприятиями цветной металлургии извлекались:
Год Число элементов
1913 15
1930 20
1940 24
1960 63
1970 74
1980 82
1990 88
Из медьсодержащих руд, в состав которых входят 25 элементов, извлекается 21 элемент. Из полиметаллического сырья извлекают 18 элементов и получают более 40 видов товарной продукции. Доля полезных элементов, извлекаемых из природного сырья в цветной металлургии, — одна из самых высоких и достигает 80%. Повышение выхода продукта на каждой стадии процесса приводит к уменьшению количества отходов и увеличению комплексного использования сырья. Радикальное средство против протекания побочных реакций — изменение технологии.
3. Эффективность малоотходных производств.
Использование вторичного сырья (или изделий из него) в качестве сырья для нового производства называют рециклингом. Например, регенерировать различные смазочные масла можно путем устранения из них нежелательных веществ. Вторичное использование в производстве макулатуры или бывших в употреблении пластмасс также дает представление о рециклинге — возвращении отходов в сферу производства. На рис. 1.2 справа показана схема рециклинга производственных отходов.
Применение вторичного сырья имеет большое значение для экономии невозобновляемых природных источников, например руд, углей, нефти, и возобновляемых, например леса. Производство, основанное на использовании вторичного сырья, бывает, как правило, менее энергоемким и малоотходным.
Использование вторичного сырья чрезвычайно выгодно: увеличивается сырьевая база, снижаются расходы на добычу и импорт сырья, экономится энергия, окружающая среда не подвергается воздействию загрязняющих веществ, содержащихся в отходах.
В левой части схемы (рис. 1.2) представлено производство без использования вторичного сырья — большая потребность в природном сырье, большее количество отходов, значительное загрязнение среды. Справа на схеме представлено производство с использованием вторичного сырья — меньшая потребность в природном сырье для тех же объемов производства, меньшее количество отходов, меньшее загрязнение окружающей среды.
Рис. 1.2 Схема рециклинга производственных отходов
Разработка и реализация безотходных или чистых технологических процессов требуют больших затрат и во многих случаях неосуществимы. Для этого целесообразно создание безотходных или чистых предприятий, комбинатов или комплекса производств. Самые благоприятные возможности по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов создаются при кооперировании специально подобранного комплекса производств в границах промышленных центров и ТПК. Они играют важную роль в производстве товаров и услуг.
В рамках ТПК складываются наиболее благоприятные условия для решения сложнейших экологических проблем благодаря кооперированию различных производств таким образом, чтобы отходы одних предприятий использовались другими, оптимально решались транспортные проблемы и продуманно размещались жилые массивы и зоны отдыха.
Территориально-производственным комплексом называют такое экономически взаимосвязанное объединение предприятий в одной промышленной точке или в целом районе, при котором экономический эффект достигается за счет целесообразного, научно обоснованного сочетания производств в соответствии с природными и экономическими условиями района, его транспортным и экономико-географическим положением.
Экономическое развитие ТПК предусматривает создание эффективной структуры производства основных видов продукции, общей структуры для обеспечения выпуска этой продукции, охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
При размещении производства в рамках ТПК необходимо:
—максимально сохранять природные условия на заповедных территориях;
—внедрять малоотходные, безотходные или чистые процессы и производства, потребляющие минимальное количество сырья и материалов;
—экономно использовать имеющиеся земли, и в первую очередь плодородные почвы;
—перераспределять природные ресурсы и промышленное сырье с целью создания условий для сохранения благоприятной природной среды;
—ограничивать или даже прекращать работу отдельных производств в отдельных районах (курортных или туристских зонах, заповедниках, зонах интенсивной жилой застройки и др.), а в ряде случаев, наоборот, создавать новые (например, предприятия по производству стройматериалов, на которых можно использовать большинство отходов).
Особое значение для экономики страны имеет интенсификация развития таких территориально-производственных комплексов РФ, как Курская магнитная аномалия, Оренбургский и Ангаро-Енисейский ТПК, Саянский, Братский, Усть-Илимский и Канско-Ачинский (КАТЭК) топливно-энергетические комплексы и др.
Основой для создания КАТЭК послужили огромные запасы каменного угля, залегающего вблизи поверхности земли и добываемого открытым способом. Благодаря высокой производительности труда и низким удельным капитальным затратам развитие КАТЭК может оказать значительное влияние на топливно-энергетический баланс нашей страны. В настоящее время приходится возить уголь на значительные расстояния, что ведет к высоким транспортным расходам. Кроме того, транспортировка в открытых вагонах обусловливает значительные потери угля за счет пыления и загрязнение окружающей среды. Поэтому новые энергоемкие производства необходимо размещать вблизи мест добычи угля, где вводятся в действие мощные тепловые электростанции. Часть энергии этих станций будет передаваться также на европейскую территорию страны.
Сосредоточение ГЭС в районе КАТЭК осложняет экологическую обстановку, так как производство электроэнергии сопровождается выбросами в воздушный бассейн больших количеств пыли, диоксида серы и оксидов азота. Поэтому должны быть внедрены эффективные системы предотвращения образования перечисленных вредных веществ или их очистки.
Предприятия ТПК являются отдельными ячейками общей системы промышленного узла. При этом данная промышленная система имеет несколько изолированных, т. е. не связанных между собой, выходов в биосферу.
Экологическое воздействие в целом на природу можно уменьшить, устраняя вредные выбросы не только с помощью очистных сооружений, но и создавая системы замкнутых материальных потоков. Для получения хлора, например, может быть использован метод электрохимической переработки отходов содового производства. В производственный цикл завода можно будет возвращать гидроксид кальция в виде отработанного электролита, а выделяющийся хлор использовать при проведении химических процессов.
Для регионов с напряженной экологической обстановкой следует в первую очередь проектировать такие промышленные предприятия, при эксплуатации которых существенно уменьшается количество образующихся отходов.
Расчет экономического эффекта от внедрения малоотходных и ресурсосберегающих производств основывается на сопоставлении затрат на их осуществление с экономическим результатом, достигнутым при их реализации, выражающимся величиной ликвидированного (предотвращенного) экологического ущерба, наносимого загрязнением окружающей среды, который рассчитывается следующим образом.
При малоотходном (ресурсосберегающем) производстве рационально используются сырье и энергия, а вредное влияние на биосферу сведено к минимуму. Поэтому экономическая эффективности технических природоохранных мероприятий (экобиозащитная техника, малоотходные технологии и др.) оценивается, прежде всего, по повышению эффективности того или иного производства.
Общая (абсолютная) экономическая эффективность — эффективность затрат Э3, руб., определяется как отношение годового полного экономического эффекта Э к приведенным затратам на осуществление мероприятия
где С — текущие затраты в течение года;
Ен — норматив эффективности для приведения капитальных
вложений к годовой раз мерности;
К — капитальные вложения, определившие эффект.
Если эффект Э — результат проведения долговременного мероприятия, растянувшегося на несколько лет, то можно рассчитать интегральный эффект ∑ (С + К) за период, превышающий срок окупаемости t= 1/Ен. Тогда эффективность затрат определится по формуле
