Екологічний моніторинг. Технологія безвідходного виробництва
РОЗДІЛ 4. ЕКОЛОГІЧНІ Й ТЕХНОГЕННІ ПРОБЛЕМИ В ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНІЙ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ЛЮДСТВА. ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ
§ 14 Екологічний моніторинг. Технологія безвідходного виробництва
Надзвичайно важливе значення в сучасних екологічних умовах набуває використання результатів науково-технічного прогресу для вирішення завдань з охорони природи. Це стосується передусім оптимізації і вдосконаленню екологічних і ресурсозберігаючих технологій, створення безвідходних технологій, широкого використання водооборотних
Постійно зростаюча загроза забруднення довкілля впливом інтенсифікації промислового і сільськогосподарських виробництв на здоров’я людей вимагає постійного контролю за станом навколишнього середовища. Інформаційну систему спостереження й аналізу стану довкілля, передусім забруднення, назвали моніторингом. Вдалу блок-схему моніторингу запропонував Ю. А. Узраель.
Моніторинг включає в себе три основні процедури: спостереження, оцінку стану
Найважливіший елемент моніторингу – це оцінка стану природного середовища. Еталоном такої оцінки є вибір показникові і характеристик об’єктів довкілля ї їх безпосередні зміни, а також стан об’єкта дослідження.
Усі нові технології в промисловості повинні проходити екологічну експертизу. Якщо ця технологія відповідає вимогам екологічності, тільки тоді її можна впроваджувати.
ТЕХНОЛОГІЯ ПЕРЕРОБКИ ВІДХОДІВ
В Україні дуже велику проблему створює, з екологічного погляду, утилізація промислових і побутових відходів. На звалищах уже назбиралось надзвичайно багато відходів, а їх переробка та утилізація на сміттєспалювальних
Заводах тільки зароджується. Комунальні відходи становлять понад третину всіх твердих відходів (рис. 105, 106) Великі сільськогосподарські підприємства, що мають череди великої рогатої худоби і використовують гідро – зливне системне змивання гною є серйозними забрудниками водойм. Утім сільськогосподарське виробництво, порівняно з промисловістю, дуже мало продукує таких відходів. До речі, майже всі відходи сільськогосподарського
Рис. 105. На звалищі сміття
Рис. 106. Схема сучасного полігону з утилізації відходів
Виробництва можна використовувати як органічне добриво. Це забезпечить збільшення родючості грунту, отримання більшого врожаю сільськогосподарських культур і довкілля на забруднюватиметься. Щорічно в Україні накопичується в середньому 10-12 т твердих побутових відходів на людину, а відсоток утилізації незначний: для інертних речовин (будівельне сміття), попіл – 25-30%, для небезпечних – 15-30%. Сільськогосподарські культури утилізуються на 70-75%. Для порівняння: в країнах Євросоюзу сільськогосподарські відходи переробляються на 90%, корпуси автомобілів – 98%, відпрацьовані мастила – більше 90%, автомобільні шини майже повністю. Але такі відходи, як будівельне сміття, відходи гірничодобувної промисловості переважно складуються.
Особливу загрозу для довкілля становлять “дикі”, несанкціоновані звалища, де отруйні та заражені мікроорганізми води потрапляють до підземних вод і забруднюють їх. Ці звалища є розповсюджувачами інфекційних хвороб.
У побутових відходах є багато цінних речовин: органічні сполуки, папір, скло, шкіра, пластмаса, дерево, різні метали. З огляду на це зараз будуються заводи з переробки сміття. Вони безпечні для довкілля і водночас економічні, ніж сміттєспалювальні заводи. Також ці заводи дають можливість повторно використовувати метали, пластмаси, папір, скло.
Надзвичайно важливо було б ввести в Україні обов’язкове розподілення побутових відходів за видами: 1 – скло; 2 – пластмаси; 3 – метали; 4 – органічні відходи. Це спростило б їх переробку та практично зняло б негативний вплив на довкілля і дало б змогу отримати велику кількість сировини, що зменшило б використання викопних природних ресурсів.
Технологія безвідходного виробництва – це таке виробництво продукції, за якого повніше й ефективніше використовується сировина та енергія і залишається найменше відходів, які використовуються як вторинна сировина. Це зменшить негативний вплив на довкілля. Переважна більшість сучасних заводів, фабрик та інших виробництв є забруднювачами екосистеми відходами. Але ці відходи переважно містять корисні речовини. Зараз учені створюють технології, коли відходи одного виробництва стануть сировиною для іншого. Нині 2/3 відходів можна використати як сировину. Головна причина слабкого використання відходів як сировини – неправильна організація виробництва, низькі ціни на природну сировину, низька культура виробництва, невеликі штрафи за скидання відходів у навколишнє середовище.
ВТРАТИ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ
У нашій державі не використовується тепло промислових газів і металургійних шляхів. Основним недоліком існуючих схем є їх низька ефективність.
У металургійному виробництві одним із перспективних напрямів ліквідації втрат тепла є видалення пустої породи з руди до плавки, при цьому енергоємність процесу отримання металу зменшується на 20%. Розроблена технологія утилізації тепла з викидів заводів – через застосування системи теплових насосів. Тепловий насос накопичує і трансформує теплову енергію невисокої температури в більш високу, необхідну для використання. Робота теплового насоса
Рис. 107. Промисловий тепловий насос
Рис. 108. Схема роботи промислового теплового насоса
Може надати тепла комунальним і промисловим підприємствам у такій кількості, що дасть змогу зекономити 35- 40% витрат на обігрів (рис. 107, 108) Макулатура. Макулатура і відходи текстильної промисловості є сировиною для виготовлення паперу, картону, лінолеуму, тканини. Первинне виробництво паперу з деревини – це трудомісткий, енергоємний процес, що супроводжується знищенням значних площ лісу для отримання сировини та шкідливими викидами, що забруднюють довкілля. Переробка макулатури вимагає в 2 рази менших затрат енергії, а забруднення повітря зменшується на 74 %, води – 35% . В Японії більше 60% макулатури повертається на виробництво, в Європі – 40%. В інших країнах – всього кілька відсотків.
Технології використання відходів дуже різноманітні. Так, у США з відходів переробки сої отримують спеціальні волокнисті плити, у Великобританії отримують папір з соломи. Австрійська фірма “Ферер” працює на текстильних відходах: шматки тканин розподіляються на волокна і використовуються для виробництва високоякісної тканини.
Алюмінієві банки. Майже 20% алюмінію, що виробляється в світі, іде на виготовлення банок для напоїв. На енергії, що використовується на виготовлення 1 банки, можна проїхати від 2 до 18 км, залежно від марки автомобіля.
В Японії вторинне використання кольорових металів становить майже 100%, в США і Німеччині – 70%, в Україні затрачається набагато більша кількість енергії, а для вторинної переробки металобрухту – в 20 разів менше. Це зменшує використання руди та енергії під час добування металу для потреб промисловості, послаблюється негативний вплив і зменшується забруднення навколишнього середовища.
Пластмаси. Частка пластмас у твердих побутових відходах в розвинутих країнах доходить до 30%. Середня сім’я за рік викидає майже 30-40 кг пластику.
В Європі в середньому утилізується понад 300000 т пластмаси, з яких близько половини іде на виготовлення пляшок.
Багато світових фірм вдосконалюють переробку пластмаси, виготовляють обладнання, що переробляє промислові побутові відходи пластмас в упаковку, ізоляційні і водопровідні труби, посуд. Розроблено пластмаси, що в короткий термін розкладається на крохмаль. Але через високу ціну виробництва, вони використовується тільки для високотехнологічних виробництв і медицини. В Японії з пластикових пляшок роблять офісне обладнання, меблі, одяг,
Рис. 109. Звалище старих автомобілів
Рис. 110. Старі автомобілі і холодильники йдуть під прес
Взуття. У Великобританії з суміші пластмаси отримують високоякісний бензин. У Німеччині діють майже 600 компаній, що займаються збором, сортуванням та переробкою плівки, упаковки, пляшок, контейнерів. У Росії розроблена технологія отримання спеціальних сорбентів з пластикового сміття (пляшок, мішків, плівки, виробів з пластмаси) для збору розлитої нафти. Один грам сорбенту вбирає майже 20 грам нафти. Коли волокно сорбенту відпрацьовує свій термін, його можна використовувати для будівництва доріг.
Харчові відходи. В розвинених країнах харчові відходи разом з листям і тирсою компостують. Для пришвидшення компостування використовують останнім часом каліфорнійських черв’яків і бактерій. У результаті отримують цінне добриво – біогумус. За дві доби 1 кг черв’яків створюють 1 кг біогумусу. При внесенні біогумусу в грунт різко підвищується врожайність.
СТАРІ АВТОМОБІЛІ
В Європі майже 100% автомобілів, що відслужили свій термін, утилізуються. У Фінляндії та Швеції власник автомобіля зобов’язаний здати та оплатити утилізацію старого авто, тільки тоді матиме право купувати нове. Автомобіль розбирають на частини, видаляють гуму, скло, пластмасу, тканину, кольорові метали(рис. 109, 110)
КОМП’ЮТЕРНА ТЕХНІКА
В Європейських країнах захоронення оргтехніки заборонено. В середньому з 1 тонни комп’ютерного брухту можна добути 400 кг чорних металів, 200 кг – міді, 32 кг алюмінію, 3 кг срібла і 1 кг золота, 0,3 кг паладію, а також олово, свинець, гелій, платину та ін., тому комп’ютерну техніку утилізують окремо (рис. 111)
Рис. 111. Комп’ютерний брухт
РОЗДІЛЬНИЙ ЗБІР ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ
У багатьох розвинених країнах усі побутові відходи розподіляються за видами і розміщуються в сміттєзбірних баках різного кольору: так, у Німеччині сортування побутових відходів стало стилем життя для тамтешніх сімей (рис. 112).
Побутові відходи у вигляді одягу складають у пластикові мішки; пластмасу і метали – у контейнери жовтого кольору; харчові відходи – у коричневі контейнери, інші види відходів – у чорні. Для побутових відходів сільського господарства, що годиться для компостування, – контейнери зеленого кольору. Виробництво компостів у Німеччині збільшилося з 300 до 2 млн тонн на рік, що значно підвищує врожайність грунту. Кількість компаній з переробки відходів зросла. Жителі оплачують вивезення побутових відходів за обсягом, не в середньому за місяць на людину.
Проблема утилізації побутових відходів з кожним роком гострішає. Щорічне збільшення побутових відходів наближається до 1 млрд тонн. Під скидання побутових відходів уже зайнято понад 250 тис. га землі. У водойми щороку скидається майже 32 млрд м3 стічних вод. Нині на кожного жителя планети припадає в середньому 300 кг відходів на рік.
Перший етап. Звільнене від металічних домішок сміття надходить у біо – термічний барабан завдовжки майже 70 м, що обертається. Тут тверді побутові відходи (ТПВ) подрібнюються й перемішуються. У середину подається повітря під тиском. Маса починає активно загнивати, температура підвищується до 60-70 С, за якої більшість хвороботворних бактерій гине і відходи у такий спосіб самі себе знезаражують, перетворюючись через кілька діб на компост.
Другий етап. Компост знову поміщують в обертальні барабани-грохоти (циліндричні сита з отворами), де проходить розділення маси на чистий компост і тверді частини. Компост додатково подрібнюють – для перетворення скла на пісок і використовують у сільському господарстві.
Третій етап. Тверді частки, що подаються в шахту з сильним вихідним струменем повітря, де легкі частини (папір, поліетиленова плівка, тканини, картон) виносяться в спеціальний бункер і йдуть на переробку – для отримання целюлози. Важкі частини – шматки дерева, резини, пластмаси, кераміки, скла – ідуть на подальшу переробку.
Четвертий етап. У природі пластик не розкладаються кілька тисяч років, а при спалюванні – виділяє отруйні гази. Для переробки старих автофарб, синтетичних плівок та інших пластмас застосовують термічний розклад за обмеженого доступу повітря (піроліз). З отриманого синтез-газу можна виготовити безліч корисних речей, але за значних затрат енергії.
П’ятий етап. При подальшому спалюванні синтез-газу і вуглецевих залишків за температури 1300-1400 С утворюється розплавлений шлак, а димові гази надходять у турбогенератор для отримання електроенергії.
Рис. 112. Роздільне збирання відходів
Сміттєспалювальні заводи (ССЗ) є достатньо великими виробниками теплової енергії (рис. 113, 114) Спалювання твердих побутових відходів (ТПВ) дає можливість отримувати, крім знешкодження сміття, ще і велику кількість тепла та електроенергії. З кожної тонни ТПВ при спалюванні можна отримати до 500 кВт/г електроенергії або 1500 кВт теплової енергії. При правильному сортуванні горючих фракцій ТПВ, їх характеристики при спалюванні наближаються до бурого вугілля. На деяких сортувальних заводах спеціально відібрані горючі компоненти висушують і переробляють (пресують) в паливні брикети, що використовуються як паливо.
Енергетичне використання ТПВ у Німеччині і Японії сягає 30%. Паливо з відходів розглядається в світі як нетрадиційне відновлювальне джерело енергії. Спалювання також частково вирішує проблему складування твердих побутових відходів. Складування залишків ТПВ після спалювання екологічно безпечніше і вимагає значної площі для складування (в 10 разів).
Нині за відсутності широкого використання передових технологій переробки ТГІВ, основна їх кількість відвантажується на звалища, дуже часто – без дотримання будь-яких екологічних норм і правил. Організація повної переробки ТПВ у всіх країнах – найважливіше завдання майбутнього.
Цікаво знати.
Перший завод зі спалювання побутових відходів було збудовано у Великобританії 1874 року. Перші досліди з використання тепла були проведені у Великобританії ще в кінці XIX ст. в місті Ольдгеймі: до сміттєспалювального заводу була прибудована електростанція. Цей досвід дуже високо розцінили видатні вчені того часу, зокрема, В. Томсон (Кельвін). Він побував на підприємстві і детально його дослідив. Проблемою знешкодження побутових відходів займалися такі видатні вчені, як Л. Пастер, Е. Кох, Д. І. Менделєєв. У США на спалюванні палива з побутових відходів працює 160 малих електростанцій. Найбільша з них забезпечує електроенергію 20 000 осель.
Рис. 113. Спалювання горючих фракцій твердих побутових відходів
Рис. 114. Сміттєспалювальний завод
Рис. 115. Установка з виробництва біогазу
Отримання біогазу. Перспективним напрямом утилізації побутових відходів і відходів сільського господарства є отримання біогазу. Газ добувають на великих звалищах у Німеччині, США, Великобританії. Він використовується для спалювання в котлах електростанцій і котельнях.
Цікаво знати.
Японці вважають, що з твердих побутових відходів можна створювати острови. У 1973-1987 р. частина Токійської затоки була засипана 12 млн т сміття. В Японії сміття починають сортувати у кожній сім’ї, а потім – у центрах переробки сміття. Штучна земля має бути як і природна. Для цього зі сміття вилучають негорючі залишки, розплавляють їх і отримують тверді блоки, з яких і будують контур майбутнього острова. Полігон не повинен контактувати з морськими і грунтовими водами. У подальшому такий полігон перетворюється на родовище природного газу (рис. 115).
СЛОВНИК НОВИХ ТЕРМІНІВ
Роздільний збір побутових відходів – це розподілення побутових відходів за видми: 1 – скло; 2 – пластмаса; 3 – метали; 4 – органічні відходи. Технологія безвідходного виробництва – це технологія, за використання якої для виробництва певної продукції найбільш повно використовується сировина та енергія і залишається якнайменше відходів, що використовуються як вторинна сировина.
