Загрязнение и инженерные методы защиты литосферы.

Разрушение и загрязнение литосферы происходит в результате функционирования предприятий различных отраслей экономики: сельского хозяйства, горнодобывающей промышленности, транспорта, черной и цветной металлургии и др.

В процессе преобразования литосферы человек (по данным на начало 90-х годов) извлек 125 млрд. т. угля, 32 млрд. т нефти, 100 млрд. т других полезных ископаемых; распахал более 1500 млн. га земель.

В результате: заболочено и засолено более 20 млн. га земли; эрозией за последние 100 лет уничтожено 2 млн. га; площадь оврагов превысила 25 млн. га; высота терриконов достигает 300м, горных отвалов – 150 м; глубина шахт, пройденных для добычи золота, превышает 4 км (Южная Африка), нефтяных скважин - 6 км. Жизненно необходимая функция литосферы выражается в том, что она является базовой подсистемой биосферы, т.к. вся биота опирается на земную кору.

Одним из эффективных решений задачи перехода к малоотходным технологиям может быть внедрение стратегии более чистого производства на каждом промышленном предприятии. Однако в России эта стратегия пока не является составной частью государственной политики в области охраны окружающей среды. Поэтому внедрение более чистого производства может происходить только в результате инициативной деятельности промышленного предприятия. Для проявления такой инициативы руководству и коллективу предприятия должны быть понятны цели, преследуемые стратегией более чистого производства. Одной из характерных особенностей стратегии более чистого производства является ее интегрированный подход, при котором предотвращение загрязнения окружающей среды осуществляется путем разработки технических мероприятий (проектов), взаимосвязанных с их экологическими и экономическими оценками, установления порядка их реализации с целью, как сокращения образования отходов, так и экономии ресурсов. [1,3,4]

Для производственных процессов более чистое производство означает более эффективное использование сырья, воды и энергоресурсов, исключение из применения токсичных и опасных материалов и предотвращение возникновения отходов и выбросов в месте их возможного появления.

Для готовой продукции и услуг стратегия более чистого производства направлена на снижение их влияния на окружающую среду в течение всего жизненного цикла продукта и/или услуги - от добычи сырья, необходимого для изготовления продукта и оказания услуги, до износа и окончательной ликвидации продукта и услуги.

Таким образом, можно заключить, что более чистое производство - это постоянное и системное применение стратегии предотвращения возникновения отходов и загрязнения с целью исключения или снижения их вредного воздействия на здоровье людей, окружающую и природную среду. В результате для методологии стратегии более чистого производства характерны следующие признаки (см. табл. 4.35.) [1]:

- постоянное применение - внедрение более чистого производства является постоянно действующим мероприятием, направленным на непрерывное улучшение экологических и экономических показателей промышленного предприятия;

- интегрирующее применение — методы стратегии более чистого производства исследуют технологический процесс целиком и направлены на все составляющие окружающей среды, так как отходы и загрязнения возникают во всех материальных и энергетических потоках производства;

- превентивный подход - более чистое производство реализуется с помощью предотвращающих мероприятий, внедряемых в производственные технологии;

- стратегический подход - означает повторяемый системный подход, который направлен на рассмотрение всех экономически выгодных для предприятия возможностей предотвращения возникновения загрязняющих отходов, и только к остающимся отходам и загрязнениям применяются концевые технологии.

В соответствии с формулированной методологией более чистого производства поиск наиболее оптимальных путей предотвращения вредного воздействия промышленного производства и его последствий на окружающую среду должен осуществляться путем разработки различных предложений (проектов) и всестороннего рассмотрения их возможных вариантов с учетом как экологических, так и экономических аспектов. При этом принципиально важным является то, что предотвращение образования отходов должно проводиться в месте их образования. Поэтому анализ образования загрязняющих отходов следует проводить с конца «трубы», продвигаясь к началу «трубы», т.е. к началу технологического процесса, при одновременном определении мест возможного появления отдельных видов отходов и загрязнений в этом процессе. При таком подходе предложения (мероприятия, проекты) по сокращению образования загрязняющих отходов непосредственно у источников их возникновения становятся экономически более выгодными, чем просто выплата штрафов за загрязнение окружающей среды или строительство крупных дорогостоящих очистных сооружений в конце «трубы», рассчитанных на переработку больших объемов отходов.

На основании этого можно сформулировать один из основных принципов более чистого производства, заключающийся в том, что предотвращать загрязнение выгоднее, чем платить за него. Данный принцип подчеркивает также исключительную важность проведения экономической оценки любого предложения экологического характера. В результате стратегия более чистого производства позволяет промышленному предприятию перейти от уже сложившегося принципа «загрязнитель -платит» к принципу «предотвращение загрязнения - выгодно».

Другой принцип более чистого производства основан на проведении мероприятий по экологически и экономически выгодным способам сокращения потребления сырья, энергии, воды и других природных ресурсов. А также использование и переработка ресурсов с меньшим воздействием на окружающую среду.

Следующий и не менее важный принцип более чистого производства в отношении политики промышленного предприятия и охраны окружающей среды заключается в том, чтобы перед тем как вкладывать средства в дорогостоящее оборудование на «конце трубы» необходимо проводить экономическую и экологическую оценку и реализацию предложений и проектов по улучшению экологической безопасности производства. Как показывает практика, такая экспертиза обычно позволяет вскрыть возможности значительной экономии издержек, а также снижения потенциала риска и опасностей, связанных с эксплуатацией оборудования, хранением и использованием сырья, переработкой и удалением отходов [2].

Таблица 4.35.

Еще одной характерной особенностью стратегии более чистого производства является то, что она рассматривает отходы как дорогостоящее сырье и как вспомогательные материалы, которые оказались потерянными в процессе производства и их не удалось превратить в новый продукт или сырье. Полученные в разных странах оценки показывают, что экономические потери, связанные с «производством» отходов, на порядок выше самого производства. Имеются также примеры того, что даже при сегодняшних технологиях материальные расходы промышленного производства можно снизить в 4 раза [1]. Стратегия более чистого производства направлена на ограничение этих потерь с помощью более рационального использования входящих в производство потоков за счет применения экологически обоснованных изменений технологических процессов, состава продукции и формы услуг. А поскольку стратегия более чистого производства одновременно означает экономию сырья, природных ресурсов, энергии и труда, это ведет к снижению себестоимости выпускаемой продукции и оказания услуг.

Таким образом, промышленное предприятие, внедряющее более чистое производство, получает снижение количества производимых отходов и загрязнений при одновременном повышении экономической и экологической эффективности производства, что ведет к повышению конкурентоспособности предприятия в условиях рыночной экономики.

Конечно, в ближайшем будущем концевые технологии сохранят важную роль в охране окружающей среды. Но при конкуренции в рыночных условиях будут побеждать предприятия, которым удастся снизить количество производимых отходов непосредственно в источнике их появления, так как, чем ближе к источнику возникновения отходов проводится мероприятие по сокращению отходов, тем оно эффективнее. В табл. 4.36. представлены основные подходы для минимизации отходов по стратегии более чистого производства.

Нa первом местестоят мероприятия, которые, с одной стороны, легко выполнимы, а с другой - дают высокий экологический и экономический эффект. Такие мероприятия находятся в области экономного обращения с сырьем, природными ресурсами и вспомогательными материалами, а также в области организационных мероприятий. К последним относится организация

рабочих групп (или даже отдельного подразделения в составе предприятия) и обучение персонала предприятия методологии более чистого производства.

На втором местестоят изменения производственных технологий, начиная от усовершенствования машин и приборов и кончая далеко идущими изменениями, среди которых - замена оборудования, переход на новую технологию (вплоть до выпуска новой продукции), замена токсичных ли трудно регенерируемых материалов менее вредным сырьем, что позволяет снизить количество опасных отходов.

Третье местозанимает создание системы вторичного использования материалов с помощью внутрипроизводственной утилизации, что по равнению с предыдущими мерами дает меньший экономический эффект для предприятия, поскольку требует значительных дополнительных затрат.

Следует заметить, что утилизация отходов вне предприятия для получения вторичного сырья, например в виде макулатуры, металлолома, итого стекла и других материалов, которые можно использовать в технологических процессах других предприятий, имеет еще меньшее значение для данного предприятия по сравнению с другими мероприятиями по более чистому производству. Это связано с тем, что в таком случае не возникает экономии входящих в производственный процесс материалов для данного предприятия.

При использовании «концевых» технологий значительная роль в загрязнении и разрушении литосферы принадлежит отходам производства и потребления.

Удаление твердых отходов, количество которых постоянно растет, — одна из важных и трудных задач инженерной защиты окружающей среды. В среднем по Европе на душу населения приходится 350 кг городских отходов в год. В Москве, например, образуется ежегодно более 2,5 млн. т бытовых отходов, из которых более 90% подлежат захоронению на полигонах.

Использование для захоронения твердых отходов высоконагружаемых гигиенических полигонов, в которых предусматривается ежедневное укрытие привозимых новых порций отходов грунтом, предотвращает загрязнение воздуха и водной среды.

Схема такого полигона показана на рис. 4.104. Место для полигона желательно выбирать в глинистом грунте, которое по вместимости может обеспечить складирование отходов в течение 20 — 25 лет и более. Учитывая, что в средней полосе России за год выпадает примерно 600 мм осадков, основание площадки выполняют в виде огромного корыта глубиной 1,5 м. При этом фильтрат, скапливающийся в корыте, будет долго оставаться в пределах полигона и не сможет загрязнять водоемы и подземные воды.

Рис. 4.104. Схематичный разрез полигона для захоронения твердых отходов: 1 – лесозащитная полоса (зеленая зона); 2 – промежуточный изолирующий слой; 3 – отходы; 4 – укрывающий наружный растительный слой грунта; 5 – естественное или искусственное водоупорное основание.

В последнее время в мире изменяется отношение к отходам, все большее их количество поступает на вторичную переработку ( рис. 4.105 .).

В России это решается устройством мусоро- сортировочных станций, в которых из потока твердых бытовых отходов (ТБО) извлекаются бумага, картон, черные и цветные металлы, стекло, полимерные материалы, текстиль и пищевые отходы. Степень утилизации при этом составляет около 30% массы ТБО.

Рис. 4.105. Динамика изменения пропорций между методами удаления твердых бытовых отходов в США.

Перспективнее, хотя и дороже, перерабатывать мусор на компост или сжигать его с использованием получающейся теплоты для теплоснабжения или выработки электрической энергии.

Для переработки мусора на компост целесообразно применять схемы непрерывного компостирования с аэробным окислением органических отходов во вращающемся наклонном барабане (ферментаторе). Эта схема хорошо проверена и экономически оправдала себя в работе мусороперерабаты работе мусороперерабатывающего завода в Санкт-Петербурге.

Отходы (рис. 4.106.) загружаются в вертикальную шахту-приемник, оттуда под действием собственной силы тяжести поступают на первый сепаратор, представляющий собой горизонтальный транспортер, с которого с помощью электромагнита и вручную удаляется металлолом. Далее отходы попадают в ферментатор — наклонный медленно вращающийся барабан диаметром 4 и длиной 60 м, через который с помощью вентилятора просасывается воздух. В барабане отходы находятся около трех суток, поднимаясь и падая они измельчаются, при этом происходит аэробное окисление органики. Отсасываемые вентилятором, двигающимся по барабану, газы с неприятным запахом попадают в топку котельной и сжигаются. Из ферментатора полуобработанные отходы попадают (в виде тонкого слоя) на второй сепаратор, где удаляется оставшийся металл. Далее обрабатываемые отходы поступают в грохот (вращающийся барабан с дырчатыми стенками), с помощью которого от них отделяется некомпостируемый материал (резина, кожа и т.п.), составляющий по массе до 20 — 30%.

Рис. 4.106 . Схема непрерывного компостирования отходов: 1- приемник отходов; 2, 5 - сепараторы; 3 – ферментатор; 4- вентилятор; 6 – грохот; 7 – дробилка.

Последняя операция с отходами производится в дробилке, где содержащееся в отходах стекло разбивается на мелкие кусочки. Издробилки готовый компост — мелкий порошок без запаха — складируется в штабеля. Некомпостируемый материал можно путем пиролиза перерабатывать в топливо.

Полученный компост используется в сельском хозяйстве как биотопливо, а при содержании в нем тяжелых металлов в пределах нормы и как удобрение.

Сжигание отходов производится на мусоросжигательных заводах или станциях в паровых или водогрейных котлах со специальной шахтной топкой, в которой происходит предварительное подсушивание отходов. Наиболее удачна конструкция топки с вращающимися чугунными валками. На рис. 4.107 представлена принципиальная схема котла с такой топкой для сжигания мусора, получаемая от котла теплота в виде горячей воды или пара может быть использована на теплоснабжение или производство электроэнергии.

Необходимо обратить особое внимание на то, что мусоросжигательные станции требуют очень тщательной очистки уходящих газов. Продукты сгорания, получаемые от мусоросжигательных станций, — весьма токсичные вещества ( в том числе диоксины). Тем не менее во многих зарубежных странах (США,Германия, Швейцария, Япония, Швеция, Франция, Нидерланды, Италия) мусоросжигание нашло широкое распространение.

Рис.107 . Схема устройства котла для сжигания отходов:

1 – сжигаемые твердые отходы; 2 – колосниковая решетка для шлака и удаления металлолома; 3 – котел; 4 - многоступенчатая система очистки уходящих газов; 5 – вращающиеся чугунные валки.

В России пока на мусоросжигание и переработку на компост идет не более 5% общего количества образующихся твердых отходов. При складировании твердых отходов, переработке их на компост и сжигании из них извлекаются металлы: железо, медь и алюминий, которые затем успешно используются, что повышает рентабельность сбора и удаления отходов.

С целью сокращения количества отходов, стимулирования их использования и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду введена плата за их размещение.

Вопросы к 4.8.

1. Перечислите виды загрязнения воды
2. Каковы принципы механической очистки сточных вод
3. Объясните сущность химической очистки сточных вод
4. Каковы методы физико-химической очистки сточных вод
5. Каковы биологически методы очистки сточных вод
6. Раскройте назначение и сущность оборотного водоснабжения
7. Каковы основы стратегии более чистого производства
8. Перечислите способы переработки твердых отходов