Қалдықсыз технология

2) қайта пайдалану талаптарын ескере отырып, өнімнің жаңа түрлерін жасау және шығару;

3) экологиялық тепе-теңдікті бұзбай өнімді өндіру және тұтыну қалдықтарын қайта өңдеу;

4) өнеркәсіптік сумен жабдықтаудың тұйық жүйелерін пайдалану;

5) келешекте қалдықсыз өндірістік кешендер құру.

Болжалды мәліметтер бойынша, АҚШ-та өнеркәсіптік қалдықтарды пайдалану 1 млрд. тоннадан асады, Еуропалық экономикалық қоғамдастық елдерінде-400 млн. тоннадан астам, Жапонияда-жылына 260 млн. тонна, Ресейде 90-жылдардың басында қайталама ресурстарды пайдалану көлемі орта есеппен 5 жылда 3,5 млн. тоннаға өсті, атап айтқанда, қара металлургияда 1 тонна балқытылатын болатқа сынықтар мен металл қалдықтарының түзілуі 650 кг-ға жетеді.бұл сандар металл және басқа қалдықтарды ұтымды пайдалану бойынша іс-шараларды өткізудің ерекше маңыздылығын көрсетеді.

Шикізатты кешенді пайдаланудың және сонымен бірге қоршаған ортаны ластанудан қорғаудың негізі рекуперация, яғни шикізатты ұстау және өңдеу болып табылады. Жаңа технологияларды, қайталама материалдық ресурстардан тауарлық өнімді алудың жаңа тәсілдерін әзірлеу және енгізу табиғи ортаға антропогендік әсерді едәуір азайтуға мүмкіндік береді. Ірі көлемді қалдықтарды қайта өңдеудің жаңа технологиялары мен әдістерін енгізудің кейбір мысалдарына тоқталайық.
Қара металлургиядағы қатты қалдықтар-қождар: болат балқыту, домна, ферроқорытпа. Домна шлактарының жыл сайынғы шығымдылығының 75% - дан астамы (жылына шамамен 50 млн.т) Құрылыс материалдарын, шлакопемзаларды, қождарды, жолдарды жабу үшін түрлі түйіршікті қождарды өндіру үшін пайдаланылады. Домна шлактарынан құрылыста тиімді қолданылатын жоғары физика-механикалық қасиеттері бар шыны кристалды материалдар алынады. Гранит пен мәрмәрдің орнына сәтті қолданылған сигран деп аталатын құрылыс материалы Домна шлактары негізінде жасалынған және енгізілген.

Қатты отынның барлық түрлерінен күл-қож қалдықтарының жыл сайынғы шығымы 100 миллион тоннадан асады.қатты отынды жағу кезінде пайда болатын жылу электр станцияларының үйінділеріндегі күл құрылыс материалдары өнеркәсібінде сәтті қолданылады. Мұндай ЖЭС күлдері жол құрылысында және Бетон толтырғыштары ретінде кеңінен қолданылды. Олар золокерамзит жасау үшін, жылу оқшаулағыш толтырғыштар үшін, цемент қоспалары ретінде, саз және силикат кірпіштерін өндіру үшін қолданылады. Шикізат ретінде күл біздің елде өте аз қолданылады, Германияда, мысалы, оны тұтыну 76%, Францияда — 62%.

Ең жаңа ресурс үнемдейтін технологияларға Ұнтақты металлургия жатады, ол жоғары сапалы материалдарды жасауға ықпал етеді, сонымен қатар шикізаттың жоғалуын азайтады және металды пайдалану коэффициентін бірнеше есе арттырады. Бұл технологияны енгізу мойынтірек өнеркәсібінде жыл сайын 70 мың тоннаға дейін сапалы легирленген болат ұнтағын үнемдеуге мүмкіндік берді. Тек осындай прогрессивті технологияның көмегімен бірегей кеуекті (газдарды бірнеше рет сүзу, сұйықтықтарды тазарту үшін), үйкеліске қарсы (әсіресе майлауды қажет етпейтін сенімді жұмыс істейтін мойынтіректерді шығару үшін), отқа төзімді және басқа материалдарды алуға болады. Олардан жасалған бөлшектер машиналардың жұмыс ресурсын арттырады, конструкциялардың салмағын азайтуға, өте жоғары немесе төмен температурада, ультра жоғары жүктемелерде, агрессивті ортада және т. б. сәтті жұмыс істейтін техниканың жаңа үлгілерін жасауға мүмкіндік береді. Автокөлік шиналарын қайта өңдеудің жаңа әдісі қоршаған ортаға антропогендік жүктемені азайтуға көмектеседі. Әлемде пайдаланылған автомобиль шиналарының көп саны жинақталғаны белгілі. Тек АҚШ-та олар жыл сайын 200 миллионнан астам дана лақтырылады.өңделген шиналардан металл алынады, мұнай өнімдері мен кокс алынады. Мұнай өнімдері резеңке бұйымдарын жасау үшін, ал кокс күйе немесе белсенді көмір алу үшін қолданылады. Электростатикалық өрістегі автомобильдерді бояудың жаңа тәсілі бояудың жоғалуын азайтуға және атмосфераның ластануын азайтуға мүмкіндік берді.
Қатты қалдықтарды кәдеге жарату және залалсыздандыру. Өнеркәсіптік қалдықтардың барлығы бірдей қолданыла бермейді. Олардың бір бөлігін жинау және кәдеге жарату жөніндегі мамандандырылған ұйымдар (Главвтормет, Главвторсырье) жинайды және қайта өңдеуге береді, бірақ қолданысын таппаған көптеген шағын және ірі тоннажды қалдықтарды арнайы бөлінген полигондарға жинайды немесе көмеді.

Қатты өнеркәсіптік және тұрмыстық қалдықтарды залалсыздандыру, соның ішінде жауын-шашын, шламдар мен тазарту қондырғыларының оспрейлерін жою күрделі міндеттердің бірі болып табылады.

Өнеркәсіптік қатты қалдықтарды өңдеу негізінен олар пайда болған жерлерде жүргізілуі керек. Бұл тиеу-түсіру операцияларына шығындарды азайту, көлікті босату, қалдықтарды тиеу және тасымалдау кезінде қайтарымсыз шығындарды азайту арқылы айтарлықтай үнемдеуге мүмкіндік береді.

Металл қалдықтарын бастапқы өңдеу мыналарды қамтиды: сұрыптау — сынықтар мен қалдықтарды металл түрлері бойынша бөлу; кесу-металл емес бұйымдардан тазарту; пресс жабдығында кесу, кесу, брикеттеу арқылы механикалық өңдеу және сұрыптау. Металл қалдықтары көп кәсіпорындарда қайталама металдарды кәдеге жарату үшін (айына 50 тоннадан астам) сұрыптау, брикеттеу және пакеттеу үшін мамандандырылған учаскелер немесе цехтар ұйымдастырылады. Брикеттеу арнайы престерде механикалық тығыздау арқылы жүргізіледі. Металды суық өңдеуден кейін алынған спираль тәрізді чиптер сияқты қалдықтарды басу оны күйдіргеннен кейін жүзеге асырылады. Бұл әдістің тиімділігі-ұнтақтау, майсыздандыру, металл емес материалдарды таңдау сияқты дайындық операцияларының қажеті жоқ.

Ағаш өңдеу өндірісінде қалдықтар негізінен престеу әдісімен өндірілетін мәдени және тұрмыстық тауарларды өндіру үшін қолданылады. Технологияның қазіргі деңгейі өнеркәсіптік өндірістердің барлық қалдықтарын кәдеге жаратуға мүмкіндік бермейді. Оларды залалсыздандыру, арнайы полигондарда сақтау немесе топыраққа көму қажеттілігі туындайды.
Қалдықтарды залалсыздандыруға арналған ең қарапайым және кең таралған құрылымдар-бұл көптеген жылдар бойы қалдықтардың өздігінен ыдырауы және анаэробты ыдырауы орын алатын арнайы полигондар. Бұл полигондарда ыдырау процесінде улы газдар мен сүзгілер пайда болады. Метан, күкіртсутек, бос сутегі сияқты газдардың түзілуі су мен ауаның ластануына әкеледі, жарылғыш қоспалар жасайды. Сондықтан мұндай полигондарды дайындау алдында арнайы гидроизоляция (табиғи немесе жасанды) болуы керек. Сонымен қатар, кәдеге жаратылмайтын қалдықтардың ішінде қолданыстағы әдістермен залалсыздандыруға болмайтын ерекше улы қалдықтар бар. Мұндай қалдықтарды өңдеу елдегі қолданыстағы санитарлық нормалар мен ережелердің (ҚНжЕ) талаптарына сәйкес келетін және өнеркәсіптің, ҒЗИ және басқа мекемелердің улы қалдықтарын орталықтандырылған жинауға, залалсыздандыруға және көмуге арналған полигондарда жүзеге асырылады. Арнайы полигондарға қабылдануға жататын материалдар тізбесіне: құрамында сынап бар және құрамында мышьяк бар қатты қалдықтар мен шламдар енгізілді; құрамында қорғасын, мырыш, қалайы, никель, кадмий, висмут, кобальт, сурьма бар қалдықтар және олардың қосылыстары; құрамында циано бар сарқынды сулар; органикалық жанғыш, оның ішінде қатты шайырлар, пластмасса, плексигласс қалдықтары, лак-бояу материалдарының қалдықтары, ластанған үгінділер, ағаш ыдыстар; регенерациялауға жатпайтын сұйық мұнай өнімдері; майлар; ластанған бензин, керосин, мұнай, мазут; еріткіштер, эмальдар, бояулар, лактар, шайырлар. Сұйық улы қалдықтар полигонға кәсіпорындарда сусызданғаннан кейін ғана жіберіледі, электропластикалық қалдықтар алдын-ала бейтараптандырылады және шұңқырларда буланады, содан кейін олар Кембрий сазының екі метрлік қабатымен жабылады. Полигон келіп түсетін қалдықтардың құрамын талдауға және су сынамаларын тұрақты іріктеуге арналған мониторингтік және физика-химиялық зертханаларды қамтитын ірі кәсіпорын болып табылады.

Қалдықтарды көмуге байланысты аса маңызды проблемалардың қатарына мыналар жатады: 1) заттардың шайылуы және жер асты суларының ластануы; 2) метанның түзілуі; 3) Топырақтың шөгуі.

Термин «безотходная технология» был предложен академиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым и в настоящее время распространен во всех индустриально развитых странах. В соответствии с Декларацией о малоотходной и безотходной технологии ЕЭК ООН: «Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду». Малоотходная технология как промежуточный этап в создании безотходного производства обеспечивает соблюдение предельно допустимых концентраций. При этом уровне часть сырья и материалов переходит в категорию отходов и направляется на складирование и длительное хранение на полигонах или же захороняется. Безотходная технология понимается как принцип организации и эксплуатации промышленно-производственных комплексов.
В условиях постоянно нарастающего дефицита природных ресурсов особое значение обретает рациональное, комплексное и экономичное их использование. Из этого вытекает необходимость создания промышленных предприятий без выбросов отходов.

Создание промышленных предприятий без выбросов отходов предусматривает систему технологических процессов, обеспечивающих комплексное использование сырья и энергии, при котором будет возможно рационально расходовать природные ресурсы и энергию и защитить окружающую среду от загрязнения и деградации. В основу проектирования производственных предприятий такого типа заложена технология комплексной обработки сырья, предусматривающая отделение и переработку всех отходов в готовую продукцию. Создание подобных малоотходных и безотходных технологических процессов и экологичных производств осуществляется по следующим направлениям:

1) комплексная переработка сырья;

2) разработка принципиально новых технологий, технических средств и схем получения известных видов продукции;

3) проектирование и внедрение бессточных и замкнутых систем водопотребления;

4) рекуперация промышленных отходов;

5) разработка и создание регионально-промышленных комплексов с замкнутой структурой динамичных потоков сырья и отходов.

Комплексная обработка сырья включает в себя две основные задачи: бережное расходование богатств природы и уменьшение выбросов отходов в окружающую среду.

Создаются новые эффективные технологические процессы, отличающиеся возможно меньшим числом технологических стадий и оборудования, а также совмещением операций. В черной металлургии успешно используется метод получения железа путем восстановления рудных концентратов водородом или синтез-газом, представляющим смесь Н2 и СО. При этом исключаются стадии доменного передела, производства кокса и агломерата. В цветной металлургии разработана новая технология, в том числе — кислородная взвешенная циклонная электротермическая плавка. Суть ее в совмещении основных переделов: обжига, плавки, конвертирования штейнов в одном металлургическом агрегате. В химической промышленности внедряются энерготехнологические процессы, создаются агрегаты большой мощности, использующиеся при производстве аммиака. Производительность техники для синтеза аммиака возросла с 60 до 1360 т/сут, разрабатываются новые агрегаты с производительностью до 3000 т/сут с одновременным снижением расхода энергии с 1200 до 40 кВт ч на единицу связанного азота, а расход воды уменьшается с 32 до 8 м3/т. В Японии вместо традиционной регенерации аммиака производят хлористый аммоний, который используется, в частности, как удобрение. В России предложено регенерировать аммиак гидроксидом магния вместо используемого ранее известкового молока. Получаемый хлорид магния можно перерабатывать в металлический магний, окись магния и соляную кислоту. Разработанные технологии получения соды из сульфата натрия и замена аммиака гексаметиленимином значительно повысили коэффициент использования натрия.

Промышленные отходы делят на твердые и жидкие. К твердым относятся отходы металлов, дерева, пластмасс, минеральные и органические осадки в очистных сооружениях; к жидким — осадки сточных вод после их очистки, шламы в очистных устройствах. Древесные и пластмассовые отходы включаются в состав промышленного мусора и выбрасываются на свалки. Металлический лом и отходы обычно подвергаются обработке и повторному использованию, поскольку представляют собой вторичные материальные ресурсы.

Что относят к вторичным материальным ресурсам? Это продукты, которые могут быть использованы после дополнительной обработки в качестве материалов и сырья. К ним относят: остатки сырья и материалов, образующихся в процессе производства; продукты, получающиеся во время добычи и обогащения полезных ископаемых; материалы, которые получаются в результате физико-химической переработки сырья. Отходы потребления состоят из производственных отходов, включающих металлолом, битое стекло, кожу, изношенные шины и пластмассовые изделия и т.п. И отходов бытового потребления, т.е. выбрасываемых пищевых отходов, макулатуры, изношенных промтоваров и т.п. Ликвидация и переработка твердых промышленных отходов (кроме металла) осуществляется путем вывоза и захоронения на полигонах, сжигания и захоронения на свободной территории. Бытовые отходы вывозились и сжигались на открытых площадках. Затем для сжигания мусора использовались печи, которые так же, как дымящие свалки, становились основными источниками загрязнения воздушного бассейна. Напомним об одном из новых, многообещающих направлений в науке и практике, ведущем к решению указанной задачи. В начале 80-х годов в Стенфордском научно-исследовательском институте (США) совместно с местным университетом были выведены особые микробы, способные уничтожить ядовитые отходы. Предполагается, что в перспективе такие микробы, помещенные в специальные замкнутые «биореакторы», будут уничтожать в качестве своей пищи вредные отходы, подаваемые в эти емкости. Возможно, такими микробами будут засевать особо загрязненные объекты почвы и водоемы.

В настоящее время существует множество способов вторичной переработки различных видов мусора. Наиболее распространенные технологии таковы: макулатуру повторно измельчают в пульку, т.е. бумажную массу, из которой изготовляют различную бумажную продукцию; стекло размельчают, расплавляют и льют новую тару или используют после дробления в качестве гравия или песка при изготовлении бетона и асфальта; пластмассу переплавляют и изготовляют из нее искусственную древесину, устойчивую к биодеградации и обладающую хорошими прочностными качествами для использования в строительстве.

Рекуперация и утилизация твердых отходов

Рекуперация — это процесс отсортировки и переработки отходов производства и потребления, представляющих собой вторичные материальные ресурсы.

В процессе распределения и обработки промышленных отходов используется стандартная их классификация, которая преследует цель наиболее эффективного использования отходов в качестве вторичного сырья. Например, металлолом и отходы черных и цветных металлов по физическим признакам подразделяются на классы, а по химическому составу — на группы, марки и сорта. Безотходная и малоотходная технологии предусматривают:

1) комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов;

2) создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

3) переработку отходов производства и потребления продукции без нарушения экологического равновесия;

4) использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;

5) создание в перспективе безотходных производственных комплексов.

По ориентировочным данным, использование промышленных отходов в США составляют свыше 1 млрд. т, в странах Европейского экономического сообщества — более 400 млн. т, в Японии — 260 млн. т в год, в России в начале 90-х годов объем использования вторичных ресурсов в среднем за 5 лет возрос на 3,5 млн. т, в частности, в черной металлургии образование лома и отходов металлов на 1 т выплавляемой стали достигает 650 кг. Эти цифры свидетельствуют об особой важности проведения мероприятий по рациональному использованию металлических и других отходов.

Основой комплексного использования сырья и вместе с тем защиты окружающей природной среды от загрязнения является рекуперация, т.е. улавливание и переработка сырья. Разработка и внедрение новейших технологий, новых способов получения товарной продукции из вторичных материальных ресурсов позволяет значительно уменьшить антропогенные воздействия на природную среду. Остановимся на некоторых примерах внедрения новых технологий и методов переработки крупнообъемных отходов.

Твердыми отходами в черной металлургии являются шлаки: сталеплавильные, доменные, ферросплавные. Более 75% ежегодного выхода доменных шлаков (около 50 млн. т в год) используются для производства строительных материалов, шлакопемзы, шлаковаты, различных гранулированных шлаков для покрытия дорог. Из доменных шлаков получают стеклокристаллические материалы с высокими физико-механическими свойствами, эффективно используемыми в строительстве. Строительный материал, получивший название сигран, успешно применяемый вместо гранита и мрамора, разработан и внедрен на основе доменного шлака.

Ежегодный выход золошлаковых отходов от всех видов твердого топлива составляет более 100 млн. т. Зола в отвалах тепловых электростанций, образующаяся при сжигании твердого топлива, успешно используется в промышленности строительных материалов. Такие золы ТЭС получили широкое применение в дорожном строительстве и как заполнители бетонов. Они используются для изготовления золокерамзита, для теплоизоляционных засыпок, в качестве добавок к цементу, для производства глиняного и силикатного кирпича. Как сырье зола в нашей стране используется крайне мало, в Германии например, ее потребление составляет 76%, во Франции — 62%.

К новейшим ресурсосберегающим технологиям относится порошковая металлургия, которая способствует созданию материалов с высокими качествами, причем уменьшает потери сырья и в несколько раз увеличивает коэффициент использования металла. Внедрение этой технологии позволило получить в подшипниковой промышленности ежегодную экономию до 70 тыс. т порошка качественной легированной стали. Только при такой прогрессивной технологии можно получить уникальные пористые (для многократной фильтрации газов, очистки жидкостей), антифрикционные (для выпуска, в частности, надежных в эксплуатации подшипников скольжения, которые не нужно смазывать), тугоплавкие и другие материалы. Изготовленные из них детали увеличивают ресурс работы машин, позволяют снижать вес конструкций, создавать новые образцы техники, успешно действующей при очень большой или низкой температурах, сверхвысоких нагрузках, в агрессивной среде и т.д. Новый способ переработки автомобильных шин также способствует уменьшению антропогенной нагрузки на окружающую среду. Известно, что в мире накоплено большое количество отработанных шин автомобилей. Только в США их выбрасывается ежегодно более 200 млн. шт. Путем переработки из отработанных шин извлекают металл, получают нефтепродукты и кокс. Нефтепродукты используются для изготовления резиновых изделий, а кокс — для получения сажи или активного угля. Новый способ окраски автомобилей в электростатическом поле дал возможность сократить потери краски и уменьшить загрязнение атмосферы.

Утилизация и обезвреживание твердых отходов. Не все промышленные отходы находят применение. Часть из них собирают специализированные организации по сбору и утилизации (Главвтормет, Главвторсырье) и передают на переработку, но многие мало- и крупнотоннажные отходы, не нашедшие применения, складывают или захороняют на специально отведенных полигонах.

Обезвреживание твердых промышленных и бытовых отходов, включая утилизацию осадков, шламов и скопов очистных сооружений, является одной из сложных задач.

Обработка промышленных твердых отходов должна преимущественно проводиться в местах их образования. Это позволяет получить существенную экономию средств за счет сокращения затрат на погрузочно-разгрузочные операции, высвобождения транспорта, сокращения безвозвратных потерь при перевалке и транспортировке отходов.

Первичная обработка металлоотходов включает: сортировку — разделение лома и отходов по видам металла; разделку — очистку от неметаллических изделий; механическую обработку и сортировку с помощью разрезки, рубки, брикетирования на прессовом оборудовании. Для утилизации вторичных металлов на предприятиях с большим количеством металлоотходов (более 50 т в месяц) организуются специализированные участки или цехи для сортировки, брикетирования и пакетирования. Брикетирование производится механическим уплотнением на специальных прессах. Прессование таких отходов, как спиралеобразная стружка, полученная после холодной обработки металла, проводится после ее отжига. Эффективность этого способа в том, что нет необходимости в подготовительных операциях, таких, как размельчение, обезжиривание, отбор неметаллических материалов.

В деревообрабатывающем производстве отходы используют для изготовления товаров культурно-бытового назначения, которые производятся в основном методом прессования. Современный уровень технологии пока не позволяет утилизировать все отходы промышленных производств. Возникает необходимость обезвреживания их, складирования на специальных полигонах или захоронения в грунтах.