Глава 13. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является промышленное производство, в которое вовлекаются значительные объемы природных ресурсов.

Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий.

Современная окружающая среда — продукт взаимодействия человека и природы. При этом взаимосвязь между производством и окружающей средой — не просто взаимный обмен энергией, веществом и информацией, а направленный технологический процесс присвоения человеческим обществом природных ресурсов. Поэтому именно технологические средства должны сохранять динамическое равновесие производства и окружающей среды. Нарушение этого равновесия, с одной стороны, может привести к сворачиванию производственной деятельности и ухудшению потребления, а с другой — к ухудшению состояния окружающей среды. К сожалению, как показывает практика, указанное равновесие, или соответствие, между производством и окружающей средой не всегда выдерживается и нарушается в сторону возрастания экологических проблем.

Изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно разделить на преднамеренные, заранее прогнозируемые, осуществляемые с определенной целью (создание плотин, орошение, рубка леса и т.д.) и попутные, неизбежно связанные с преднамеренными (затопление земель, засоление почвы и т.д.).

В результате функционирования общественного производства возникают отходы — побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения. Следует отметить, что хотя отходы являются критерием несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой, их появление может быть экономически оправданным.

Промышленные отходы образуются в основном по следующим причинам:

• наличие в исходном сырье примесей, т.е. компонентов сырья, которые не используются в данном технологическом процессе для получения готового продукта;

• применение в процессах вспомогательных веществ, которые вырабатываются и становятся непригодными для дальнейшего использования (катализаторы, растворители, сорбенты, фильтрующие материалы и т.д.);

• протекание побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ;

• неполное извлечение ценного компонента из исходного сырья в ходе технологического процесса;

• механические потери продуктов из-за негерметичности оборудования и коммуникаций.

Все отходы (назовем их первичными) содержат, как правило, ценные компоненты, которые целесообразно после дополнительной технологической обработки возвращать в полезный оборот.

Но следует иметь в виду, что это связано с расходом дополнительной энергии и средств. Поэтому целесообразность обработки первичных отходов с целью извлечения нужных компонентов необходимо экономически и экологически обосновывать.

В зависимости от места переработки первичные отходы можно разделить на две группы:

• отходы, которые целесообразно перерабатывать непосредственно там, где они образуются, особенно когда их нецелесообразно или невозможно транспортировать (например, газовые выбросы);

• отходы, которые целесообразно отправлять на специализированные предприятия в качестве сырья.

Современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему, в которую поступает непрерывный поток природных ресурсов (руда, нефть, вода, воздух и т.д.), а исходит двухструйный поток: готовая продукция и отходы (пыль, аэрозоли, пары, стоки, шлаки и т.д.). Часть готовой продукции может снова поступать в производство в качестве сырья, с образованием новой порции отходов. В конечном счете готовая продукция используется в быту, где рано или поздно целиком превращается в жидкие, газообразные или твердые отходы.

Такой сугубо открытый характер этой системы приводит, с одной стороны, к недостаточно полному и нерациональному использованию природных продуктов, а с другой — к прогрессирующему загрязнению окружающей среды, особенно водного и воздушного пространства.

По своему назначению и типу исполнения можно выделить следующие варианты устранения загрязнения окружающей среды.

1. Изоляция отходов-загрязнений путем их захоронения в отдаленных от повседневных сфер человеческой деятельности местах: в заброшенных шахтах, скважинах, на дне Мирового океана и т.д. Но в природе ничто нельзя спрятать. Так или иначе, захороненные отходы вовлекаются в природный круговорот веществ и трудно предсказать, к каким печальным последствиям это может привести в будущем. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту и доступность этого метода, использование его необходимо резко ограничить, а в перспективе — прекратить.

2. Превращение вредных загрязнений в менее токсичные или нетоксичные, перерабатываемые самой природой. Такой путь позволяет уничтожить вредные выбросы, загрязняющие окружающую среду, однако его реализация требует больших капитальных затрат и сопровождается потерями природных ресурсов (не только сырьевых, но и энергетических).

3. Превращение загрязнений во вторичное сырье или дополнительные продукты потребления. При таком подходе определенная часть затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений возмещается ценностной стоимостью получаемых продуктов потребления или вторичного сырья. В то же время достигается определенная экономия природных ресурсов.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных пути, решения экологических проблем.

Первый путь более радикальный, но, к сожалению, не всегда технически реализуемый. Он заключается в разработке таких технологических процессов производства, которые в максимальной степени уменьшали бы выброс отходов в окружающую среду, т.е. приближались к природным процессам или имитировали их. Речь идет о создании безотходных (или хотя бы малоотходных) технологий, которые бы максимально экономили исходное сырье, топливно-энергетические ресурсы и обеспечивали охрану окружающей среды.

Второй путь — путь борьбы скорее не с причинами, а с последствиями выброса вредных веществ в природу. Он не решает проблему кардинально, но в современных условиях развития техники, технологии, промышленного производства в целом пока является наиболее реализуемым. Это путь очистки вредных выбросов промышленных предприятий. Он получил в настоящее время наибольшее применение, хотя дальнейшее продвижение по нему в будущем видится неперспективным, поскольку даже самая эффективная очистка выбросов не предотвращает их возникновение. Кроме того, с помощью очистных сооружений не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, а в процессе очистки происходит превращение одних видов загрязнений в другие. Следует учитывать также, что строительство надежных очистных сооружений обходится довольно дорого.

Термин «безотходная технология» широко используется в настоящее время, как в специальной, так и в научно-популярной литературе.

В соответствии с определением, принятым Европейской экономической Комиссией ООН, безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защиту окружающей среды.

Существует и другое общепринятое определение. Безотходная технология — это такой способ осуществления производ-

ства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы — производство — потребление — вторичные ресурсы» и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

Создание безотходных технологических процессов базируется на следующих предпосылках:

• исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов;

• создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая бы позволяла после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходное сырье нового производства.

Совершенно очевидно, что такая схема практически неосуществима. Полная замкнутость системы как по веществу, так и по энергии невозможна, так как каждый новый этап цикла «сырье — производство — потребление — сырье» требует дополнительных затрат энергии из-за потерь в окружающую среду и вовлечения новых природных ресурсов в связи с несовершенством современных технологий и неизбежным износом используемых материалов и оборудования.

Таким образом, термин «безотходная технология» носит идеализированный характер, поэтому в реальных ситуациях необходимо стремиться к этому состоянию. При этом степень безотходности будет служить мерой совершенства технологии и организации производства и потребления.

Первым условием создания безотходного производства является выбор такой технологии, в которой отсутствуют или сведены к минимуму твердые отходы, жидкие сбросы (стоки) и газообразные выбросы.

Принципиальное отсутствие отходов и выбросов — критерий совершенства любого технологического процесса.

Второе условие создания безотходной технологии — анализ ее взаимосвязи с предшествующим и последующим технологическими процессами: удачное для данной технологии экологическое решение может быть неприемлемым для ее окружения и даже сделать производство в целом экологически более опасным. Иными словами, нельзя решать свои проблемы в ущерб другим и за счет других.

Третье условие заключается в том, что оптимальный технологический процесс должен быть не только экологически безопасным, но и отличаться минимальными затратами живого и прошлого труда на единицу продукции.

Четвертое условие — критическое отношение к решениям, кажущимся простыми и легкими. На первый взгляд традиционная очистка сточных вод и отходящих газов — простейшее решение, оно кажется самым доступным и решающим все проблемы. На самом же деле использование очистки мешает решению главной задачи — разработке нового или такому усовершенствованию старого технологического процесса, при которых не будет выбросов или они будут утилизироваться. Иными словами, надо устранять причину появления отходов, а не бороться со следствиями.

Пятым условием создания безотходной технологии является использование технических решений, обеспечивающих надежную, стабильную и безаварийную работу технологической системы, исключающую выброс вредных компонентов в окружающую среду даже при незапланированной остановке технологического оборудования.

Разнообразие средств и методов очистки позволяет выбрать наиболее целесообразный способ и схему очистки для конкретного производственного случая.

Важнейшими критериями выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности или малоотходности являются:

• безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздушном и водном бассейнах;

• эффективное осуществление технологического процесса;

• использование по возможности более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов, жидкостей и твердых отходов;

• обеспечение возможности получения небольшого количества высококонцентрированных отходов, которое легче обезвредить, чем большой объем низкоконцентрированных отходов;

• незначительный объем разбавленных вредных веществ, сбрасываемых в воду и рассеиваемых в атмосфере, даже при концентрациях, меньше предельно допустимых.

Основой для организации и развития безотходных промышленных производств являются следующие направления:

• комплексная переработка сырья;

• разработка новых технологий, позволяющих существенно уменьшить или полностью исключить вредное воздействие промышленных отходов на окружающую среду;

• разработка эффективных методов очистки газообразных, жидких и твердых промышленных выбросов;

• внедрение замкнутых технологических циклов, водообо-ротных циклов и бессточной технологии;

• кооперирование различных производств с целью использования отходов одних предприятий в качестве сырья для других;

• создание безотходных территориально-промышленных комплексов.

Комплексная переработка сырья является важнейшей не только экологической, но и экономической задачей, основой создания безотходных промышленных производств, поскольку отходы производства — это неиспользованная или недоиспользованная часть сырья.

В настоящее время, к сожалению, весьма низок уровень вторичного использования металлов, бумаги, пластмасс, текстиля, не говоря уже о том, что из первичного сырья не полностью извлекаются ценные компоненты. Разработка экологически безвредных технологических процессов — одна из глобальных задач научно-технологического развития производства, от успешного решения которой зависит будущее всего человечества.

Важнейшие направления реализации безотходной технологии — разработка эффективных методов очистки стоков и выбросов, а также создание замкнутых оборотных циклов.

Очистить сточные воды так, чтобы они отвечали требованиям производства, намного легче и проще, чем очистить их до такой степени, чтобы они были полностью безопасны для окружающей среды. Наряду с широко используемым и эффективным методом биологической очистки сточных вод с применением микроорганизмов, по сути воспроизводящим процессы самоочистки в природных водоемах, начинают находить применение адсорбционная и электрохимическая очистка. Перспективными способами очистки сточных вод являются озонирование, электрокоагуляция, электродиализ, гиперфильтрация, радиационная очистка, мембранные методы.

Не менее важным для реализации безотходных технологий является создание высокоэффективных методов и устройств для очистки отходящих промышленных газов. От аэрозолей (взвешенных жидких частиц), пыли, газо- и парообразных примесей газы очищают по-разному. Для очистки газов от ныли и аэрозолей достаточно эффективно использование фильтров, электрофильтров, мокрых пылеуловителей (скрубберов). Для очистки выбросов от паро- и газообразных примесей обычно применяют следующие технологии: абсорбцию жидкими поглотителями, адсорбцию твердыми веществами, химическое разложение или превращение в другое, менее вредное для окружающей среды соединение.

Таким образом, общая концепция безотходной технологии включает в себя все вышеперечисленные направления, реали-

зация которых в производстве зависит от технологических особенностей и уровня организации самого производства и направлена на решение важнейших задач снижения поступления вредных веществ в окружающую среду.

Контрольные вопросы

1.К чему может привести нарушение равновесия между общественным производством и окружающей средой? Ответ обоснуйте.

2. Какие изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно выделить? Приведите примеры.

3. Является ли неизбежным появление отходов в ходе производственной деятельности? Ответ аргументируйте.

4. Что такое промышленные отходы? Приведите примеры промышленных отходов.

5. В силу каких причин образуются промышленные отходы?

6. Почему современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему? Какие проблемы это вызывает?

7. Что такое первичные отходы? Какие группы первичных отходов выделяют в зависимости от места переработки?

8. Какие варианты устранения загрязнения окружающей среды можно выделить? Кратко охарактеризуйте их.

9. Какие два принципиально разных пути решения экологических проблем можно выделить? Кратко охарактеризуйте их.

10. Дайте определение понятию «безотходная технология». Возможна ли реализация безотходной технологии на практике? Почему?

11. На каких предпосылках базируется создание безотходных производств?

12. Какие три типа безотходных производств вам известны? Охарактеризуйте их.

13. Какие условия создания безотходных производств можно выделить?

14. Охарактеризуйте важнейшие критерии выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности.

15. Какие направления являются основой организации и развития безопасных промышленных производств?

16. Что означает термин «комплексная переработка сырья»?

17. Какие методы очистки сточных вод вам известны? Охарактеризуйте важнейшие из них.

18. Какими методами и в каких устройствах в настоящее время осуществляют очистку отходящих промышленных газов?

19. Какие основные направления включает в себя концепция безотходной технологии? Охарактеризуйте важнейшие из них.