С ростом техногенного влияния на окружающую среду резко возросло и противоречие между биосферой и техносферой. Начатая к 60-м гг. XX в. природоохранная деятельность базировалась на принципе рассеивания (разбавления), что уменьшало концентрацию, но не количество выбрасываемых в окружающую среду вредных веществ.
Так как природа не могла справиться с выбрасываемыми загрязнениями и отходами, постепенно возник другой подход – улавливания загрязнений (1970-е гг.). Началось строительство очистных сооружений и использование так называемых «концевых технологий». Однако со временем это привело к накоплению огромного количества отходов от очистных сооружений, которые также способны вызвать тяжелые экологические последствия. К счастью, в последнее время предприятия уделяют много внимания обслуживанию и модернизации своих очистных систем. Но даже этот подход не является решением проблемы, так как отходы все равно продолжают накапливаться.
Проводятся многочисленные исследования ежегодного накопления отходов и выбросов в окружающую среду. Многие данные весьма противоречивы и спорны, но можно с определенной долей уверенности говорить о процентном соотношении загрязнений от различных отраслей промышленности. Так, нефтегазовая нефтехимическая отрасли ответственны примерно за 24 % газовых выбросов, 21,4 % сточных вод, 15 %токсичных отходов [2,3].
Уровень загрязнения почв нефтепродуктами и нефтешламами к настоящему времени приблизился к 10 млн куб. метров. Кроме того, постоянно растет количество земель, загрязненных или поврежденных в результате различных аварий на газо- и нефтепроводах, заводах и других объектах.
Данные же по накоплению нефтешламов в России показывают, что их переработка не перекрывает объемы годового образования. Таким образом, необходимо не только найти технологии переработки, но и рекомендовать и адаптировать к каждому специфическому типу отходов свою особую технологию из многих существующих. Выбор осложняется еще и тем, что многие технологии можно применять к отдельным видам отходов, но ни одна из них не удовлетворяет требованию универсальности и не может применяться ко всем типам загрязнений. Если рассматривать, например, технологии обезвреживания нефтезагрязненных земель, то обычно выделяются четыре основные группы технологий в зависимости от используемых методов. Некоторые из этих технологий требуют использования дополнительных реагентов, а то и приводят к образованию токсичных «хвостов», требующих специфической переработки.
Подобная ситуация сложилась и с переработкой шламов. Физико-химические методы их обезвреживания и переработки обладают несомненными преимуществами, но их применение также ограничивается многими факторами. К сожалению, никто не предлагает универсального решения, т.е. такого, которое было бы применимо к любому виду загрязнений при любых условиях.
Например, в случае разрыва трубы трубопровода необходимо не только найти технологию рекультивации загрязненных земель, но и провести анализ, как уровня и характера загрязнения, так и пораженной территории (это и картографирование, анализ глубины загрязнения, залегания грунтовых вод, геофизические загрязнения и т.д.), что поможет оценивать возможные последствия. Далее необходимо выбрать технологии сбора пораженной земли и, самое главное, – технологию переработки. Переработка загрязненной земли достаточно сложна, так как в смеси с нефтепродуктами содержится большое количество песка, глины, сажи, кроме того, продукт очень вязок, что представляет проблему для транспортировки и сжигания. В этом случае была предложена технология акустического воздействия на продукт, что приводит к его разжижению и позволяет осуществлять перекачку и очищение.
В процессе разделения образуется большое количество «хвостов», таких как загрязненный песок и тяжелые остатки, возможные способ обезвреживания которых включают отверждение, но при этом необходимо договориться о места их захоронения. Только после этого можно подходить к процессу рекультивации земли [1, 5].
В связи с постоянным ростом накопления отходов в 1980-е гг. появилась еще одна концепция безотходного производства. Очень многие институты подключались к разработке таких технологий, но стало ясно, что концепция применима только к весьма ограниченной группе производств. В частности, нефтепереработка и нефтехимия не могут быть безотходными.
Так как все перечисленные подходы не смогли коренным образом разрешить создавшуюся экологическую ситуацию, в конце XX в. мировым сообществом была выдвинута совершенно новая концепция – предотвращающая политика. Она заключается в поиске возможности предотвратить или уменьшить образование отходов. Эта политика называется «Более чистое производство» (БЧП), к настоящему времени она принята во всем мире как инновационная концепция, способная решить экологические проблемы предприятий.
Концепция БЧП носит универсальный характер. Понятно, что для обеспечения работы предприятия с наименьшими отходами и выбросами, с низкими энергетическими затратами и высоким качеством выпускаемой продукции необходим механизм слаженной работы всех звеньев производства. Но, как показывает практика, на многих предприятиях каждое подразделение решает вои задачи изолированно.
Суть БЧП заключается в анализе эффективности производства силами рабочей группы из работников предприятия. Работа осуществляется в соответствии с методологией, разработанной мировым экологическим содружеством с целью выявления причин образования значительных отходов и выбросов, низкого качества продукции, а также поиска решения для улучшения работы предприятия [1].
Программа обычно длится около года, так как необходимо не только выявить причины возникновения проблем, но и с помощью экспертов найти оптимальное решение. Целесообразно подробно остановиться на нескольких технологиях, рекомендованных к внедрению.
Две технологии переработки шламов интересны тем, что одна из них пригодна для переработки различных видов шламов, в том числе и старых высокостабильных. Технология представляет собой комбинацию нескольких стадий, таких, как сепарация, отстаивание, флотация, дегазация, кондиционирование, обезвоживание, добавление извести, уплотнение, осушка. Полученные продукты предлагается сжигать, извлекать полезные компоненты и использовать в сельском хозяйстве, что не всегда разрешено из-за опасности миграции загрязнителей.
Другая технология, разработанная и применяемая в США, использует кавитационный метод разделения эмульсий с помощью энзимов. Оборудование может быть в стационарной и мобильной формах и отличается надежностью. И хотя стоимость достаточно высока, установки работают уже в нескольких местах и обеспечивают очень высокий уровень очистки воды и твердой фракции (песка).
Особого внимания заслуживают технологии, использующие принцип «торнадо». Во-первых, это технология гидротранспорта, позволяющая перекачивать шламы, песок и т.п. на большие расстояния. Установка небольшая и может быть смонтирована как в мобильном варианте, так и в стационарном.
Вторая технология позволяет быстро разделять смесь нефти с водой с помощью центробежной силы и может оказаться незаменимой на промыслах. Она уже востребована в Китае, планируется ее внедрение и на территории России.
Принципиально возможно использование промышленных отходов в следующих основных направлениях [4,5]
1) Рекультивация ландшафтов, планировка территорий, отсыпка дорог, дамб и т. п., для чего используют скальные породы, галечник, гравий, песок, доменные шлаки и другие виды твердых промышленных отходов.
Реализация этого экономически выгодного направления утилизации отходов, тем не менее, незначительная – всего в этих целях используется примерно 10 % объема имеющихся отходов.
2) Использование отходов в качестве сырья при производстве строительных материалов:
a) как пористые заполнители бетона, строительной керамики, кладочных растворов (пустая горная порода, галечник, песок);
б) как сырье для производства белого цемента, строительной извести и стекла (породы, содержащие мел СаСО3), портландцемента (глинистые сланцы), керамзита (пластичные глины), силикатного и строительного кирпича (золошлаковые отходы тепловых электростанций и металлургических заводов) и т. д. Промышленность строительных материалов – единственная отрасль, в значительных масштабах использующая многотоннажные отходы производства.
3) Вторичное использование отходов в качестве исходного сырья, поскольку некоторые отходы по своим свойствам близки к природному сырью для получения определенного вещества или сырья для получения новых видов продукции.
В первом случае реализуется принцип малоотходной или безотходной технологии производства, например производство графита из графитовых руд и образующейся при этом графитовой копоти.
Хотелось бы зaтpoнyть конкретные примеры переработки отходов производства и потребления. для нaчaлa pacмoтpим новыe технологии в сфере обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) [1, 4].
В настоящее время основным технологическим процессом обезвреживания твердых бытовых отходов является их сжигание в устройствах различного типа. В первой ступени очистки осуществляется высокотемпературное восстановление оксидов азота до элементарного азота [2].
Рис. 1. Схема безотходного технологического процесса
Во второй ступени понижается содержание в дымовых газах диоксинов. В третьей ступени происходит процесс нейтрализации кислых газов (HCl, HF). В четвертой ступени дымовые газы очищаются от пыли. Твердые бытовые отходы через бункер подаются на решетку мусоросжигательного котла. Образующиеся при сжигании шлак и зола передаются в цех шлакопереработки.
Дымовые газы из зоны горения поступают в камеру дожигания, где происходят доокисление продуктов неполного сгорания и разложение хлорорганических полициклических соединений.
Вырабатываемый мусоросжигательными котлами пар с параметрами 15 кгс\ см2 и 240 °С идет на собственные нужды завода и направляется на теплоизоляционную электростанцию (ТУЭС) [1]. Основные параметры работы мусоросжигательных котлов, установленных на МСЗ пoкaзaны в тaблицe.
Основные параметры работы мусоросжигательных котлов, установленных на МСЗ №2.
|
Расход дымовых газов, м3/ч |
25000-40000 |
|
Содержание оксидов азота в дымовых газах, мг/м3 |
|
|
NO |
120-220 |
|
NO2 |
1-2 |
Разработанная система управления выполняет функции автоматического регулирования и автоматизированного программно-логического управления процессом. Решение этих задач осуществляется интеллектуальным управляющим устройством – микропроцессорным контроллером. Опыт эксплуатации системы очистки дымовых газов показал, что эта система позволяет полностью решить поставленную задачу и обеспечить поддержание концентрации NO в дымовых газах после очистки в диапазоне от 30 до 70 мг/м3 [2,5].
В качестве еще одного примера следует сказать о переработке отходов производства, а именно радиоактивных отходов. В России разработана технология плазмотермической обработки радиоактивных отходов, которая предлагается к применению в странах, где существует потребность в утилизации радиоактивных отходов низкого и среднего уровня радиоактивности. Удовлетворение указанной потребности можно продемонстрировать на примере Болгарии. В этой стране имеются 2 основных предприятия, на которых накапливаются радиоактивные и опасные отходы различного происхождения: АЭС «Козлодуй» и хранилище «Нови Хан». на данных предприятиях реализована технология, предложенная РНЦ «Курчатовский Институт».
Выводы. Процесс плазменной переработки отходов состоит в применении плазменных дуговых нагревателей (плазмотронов) для обеспечения газификации органических компонентов с последующим сжиганием образующегося пирогаза, очисткой продуктов сгорания и выбросом обезвреженных газообразных продуктов в атмосферу.
Преимущества технологии:
• высокая степень уменьшения объема первичных отходов;
• экологическая безопаснось процесса;
• незначительная доля радиоактивности, выходящей из реактора в системе газоочистки;
• подконтрольность уровня радиоактивности получаемого шлака.