1. Проблемы борьбы с отходами

До эры агломераций утилизация отходов была облегчена благодаря всасывающей способности окружающей среды: земли и воды. Крестьяне, отправляя свою продукцию с поля сразу к столу, обходясь без переработки, транспортировки, упаковки, рекламы и торговой сети, привносили мало отходов. Овощные очистки и тому подобное скармливалось или использовалось в виде навоза как удобрение почвы для урожая будущего года. Передвижение в города привело к совершенно иной потребительской структуре. Продукцию стали обменивать, а значит, упаковывать для большего удобства.

В настоящее время жители Нью-Йорка выбрасывают в день в общей сложности около 24000 т материалов. Эта смесь, состоящая в основном из разнообразного хлама, содержит металлы, стеклянные контейнеры, макулатуру, пластик и пищевые отходы. В этой смеси содержится большое количество опасных отходов: ртуть из батареек, фосфоро-карбонаты из флюорисцентных ламп и токсичные химикаты из бытовых растворителей, красок и предохранителей деревянных покрытий.[1]

Город размером с Сан-Франциско располагает большим количеством алюминия, чем небольшая бокситовая шахта, меди — чем средняя медная копия, и большим количеством бумаги, чем можно было бы получить из огромного количества древесины.

С начала 70-х до конца 80-х в России бытовых отходов стало в 2 раза больше. Это миллионы тонн. Ситуация на сегодняшний день представляется следующей. С 1987 года количество мусора по стране увеличилось в два раза и составило 120 млрд. т в год, учитывая промышленность. Сегодня только Москва выбрасывает 10 млн. т. промышленных отходов примерно по 1 т на каждого жителя!

Как видно из приведенных примеров масштабы загрязнения окружающей среды городскими отходами таковы, что острота проблемы нарастает с каждым днём.

Приблизительно за 500 лет до нашей эры в Афинах был издан первый из известных эдикт, запрещающий выбрасывать мусор на улицы, предусматривающий организацию специальных свалок и предписывающий мусорщикам сбрасывать отходы не ближе чем за милю от города.

С тех пор мусор складировали на различных хранилищах в сельской местности. В результате роста городов свободные площади в их окрестностях уменьшались, а неприятные запахи, возросшее количество крыс, вызванное свалками, стали невыносимыми. Отдельно стоящие свалки были заменены ямами для хранения мусора.

Около 90 % отходов в США до сих пор закапывается. Но свалки в США быстро заполняются, и страх перед загрязнениями подземных вод делает их нежелательными соседями. Эта практика заставила людей во многих населенных пунктах страны прекратить потребление воды из колодцев. Желая уменьшить этот риск, власти Чикаго с августа 1984 г. объявили мораторий на разработку новых площадей под свалку до тех пор, пока не будет разработан новый вид мониторинга, следящего за перемещением метана, так как если не проконтролировать его образование, он может взорваться.

Даже простое захоронение отходов является дорогостоящим мероприятием. С 1980 по 1987 гг. стоимость захоронения отходов в США возросла с 20 до 90 долларов за 1 т. Тенденция к удорожанию сохраняется и сегодня.

В густо населенных районах Европы способ захоронения отходов, как требующий слишком больших площадей и способствующий загрязнению подземных вод, был предпочтен другому — сжиганию.[2]

Первое систематическое использование мусорных печей было опробовано в Нотингеме, Англия, в 1874 г. Сжигание сократило объем мусора на 70-90 %, в зависимости от состава, поэтому оно нашло свое применение по обе стороны Атлантики. Густонаселенные и наиболее значимые города вскоре внедрили  экспериментальные печи. Тепло, выделяемое при сжигании мусора стали использовать для получения электрической энергии, но не везде эти проекты смогли оправдать затраты. Большие затраты на них были бы уместны тогда, когда не было бы дешевого способа захоронения. Многие города, которые применили эти печи, вскоре отказались от них из-за ухудшения состава воздуха. Захоронение отходов осталось в числе наиболее популярных методов решения  данной проблемы.

Наиболее перспективным способом решения проблемы является переработка городских отходов. Получили развитие следующие основные направления в переработке: органическая масса используется для получения удобрений, текстильная и бумажная макулатура используется для получения новой бумаги, металлолом направляется в переплавку. Основной проблемой в переработке является сортировка мусора и разработка технологических процессов переработки.

Оригинальным признано решение организации двухступенчатой системы сбора и переработки, при которой отходы везут не на отдаленные загородные свалки, а на расположенные в черте города мусороперерабатывающие станции или заводы. Там отходы сортируют, измельчают, уплотняют, прессуют, извлекают из них полезные вещи. И только остатки большегрузными автомобилями отправляют за город. Такая схема позволяет втрое снизить парк мусоровозов, только 10 процентов из которых должны быть большегрузными. При этом экономятся площади полигонов , на 40 процентов продлевается срок службы действующих, появляется возможность продавать продукты переработки отходов. Акционерное общество “ИРБИС” готово обсудить экономически выгодные условия контрактов, вместе со специалистами помочь заинтересованным сторонам подсчитать требуемые мощности перерабатывающих станций, подобрать наиболее эффективные для них комплекты оборудования, обеспечить их поставку.

 Экономическая целесообразность способа переработки отходов зависит от стоимости альтернативных методов их утилизации, положения на рынке вторсырья и затрат на их переработку. Долгие годы деятельность по переработке отходов затруднялась из-за того, что существовало мнение, будто любое дело должно приносить прибыль. Но забывалось то, что переработка, по сравнению с захоронением и сжиганием, — наиболее эффективный способ решения проблемы отходов, так как требует меньше правительственных субсидий. Кроме того, он позволяет экономить энергию и беречь окружающую среду. И поскольку стоимость площадей для захоронения мусора растет из-за ужесточения норм, а печи слишком дороги и опасны для окружающей среды, роль переработки отходов будет неуклонно расти.[3]

2. Защитная техника и технологии

В последние годы наиболее эффективное и безопасное использование природных ресурсов связывают с концепцией  безотходного  производства, которое представляет собой такой метод   производства  продукции, при котором все сырье и энергия используются  наиболее   рационально и комплексно, а любые воздействия на окружающую среду  не нарушают ее нормального функционирования.

Промежуточным этапом создания  безотходного  производства  является малоотходное производство, при котором воздействие на  окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, а часть сырья и материалов может переходить в отходы. Ежегодно в России образуется около 7 миллиардов тонн  отходов,   при этом вторично используется только 2 миллиарда, т.е. около 28%. Вряд ли такой уровень производства можно назвать малоотходным.

Во многих отраслях промышленности именно газоочистительная аппаратура совместно с другим технологическим оборудованием и обеспечивает малоотходное производство. Это касается энергетики, черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей  промышленности.

Использование металлургической пыли, которая является  отходом любого металлургического комбината, не только предупреждает загрязнение воздуха,  но и экономически  целесообразно.  Например,   кроме таких токсичных составляющих, как свинец, эта пыль  содержит  цинк. Запыленные дымовые газы поступают в электрофильтры, которые улавливают пыль, содержащую свинец и цинк. Такая пыль собирается  и  направляется на заводы, где цинк и свинец извлекаются для   дальнейшего использования для производства различных изделий.

Потенциальным источником получения соединений алюминия,  который широко применяется в самолетостроении и электротехнике, является каменноугольная зола. Наличие в золе кальция,  магния,   алюминия позволяет использовать золу в производстве бетонов, цемента, кирпича, кислотоупорных плиток. Наличие в золе металлов способствует повышению урожая различных культур, поэтому ее используют  для  изготовления удобрений. Зола может быть  источником  получения   железа, титана, цезия, германия, причем цезий и германий содержится в   золе в количествах, больших чем в недрах Земли.

В различных технологических  циклах  химического  производства выделяется пыль, содержащая фосфор, калий, натрий, фтор, сажу. Последняя является наиболее токсичной, поскольку содержит  такие  элементы, как бензопирены, опасные для здоровья человека. Вместе с тем улавливание сажи электрофильтрами и другими газоочистительными  аппаратами позволяет не только исключить ее  вредное   воздействие  на окружающую среду, но и использовать как сырье для производства  резины и шин, эмалей и красок.

При получении серной кислоты из руд, состоящих   из  соединений серы с железом, медью и другими металлами, после извлечения  основной массы серы остается рассыпчатый порошок  -  пиритный  огарок.   В нем содержится 58 процентов железа, до 5  процентов   меди,  сульфат кальция, небольшое количество серебра, золота  и  некоторых  других ценных компонентов, что позволяет использовать его, в частности,  в цементной промышленности  -  в качестве компонента смеси для   обжига цементного клинкера. Небольшое количество пиритного огарка   и  пыли сухих электрофильтров используют для получения минеральных  пигментов: сурика, мумии, охры.[4]

По объему выбрасываемых отходов энергетика занимает лидирующее место  -  в окружающей среде рассеивается более 60 процентов   исходной энергии топлива в виде подогретой воды и горячих дымовых газов. Улавливание пыли в электрофильтре предотвращает  ее  рассеивание  в атмосфере. Кроме  того,  она  используется  в  производстве  строительных  и  других  материалов.  Из электрофильтра газ поступает во вторую ступень очистки, представляющую собой камеру, в которую вводят известковую суспензию. В результате образуется твердый осадок.

Возможно, принимая во внимание мудрое высказывание Д.И.Менделеева, что "нефть не топливо, топить можно и ассигнациями", а  скорее из-за ограниченного запаса нефти и природного газа в энергетике часто используется низкосортное твердое топливо: торф, бурые угли и горючие сланцы. Их сжигание сопровождается большим количеством  отходов, существенно засоряющих окружающую среду  сернистыми  газами, соединениями азота, окисью углерода. В результате переработки сланцев с использованием различных типов газоочистительного  оборудования значительно снижается выброс вредных веществ в атмосферу и  образуются следующие продукты: сланцевое масло, заменитель нефти  или отдельных ее фракций, а также источник малосернистого сырья для химической промышленности; высококалорийный газ, являющийся энергетическим топливом и технологическим сырьем, содержащим до 36  процентов моноолефинов; зольный остаток, практически свободный от углерода, из которого можно изготавливать строительный материал.

Существуют технологии переработки и бурого   угля   -   с  минимальными выбросами в атмосферу отходов и их использованием  в  других производствах. Использование на крупных электростанциях  в  качестве топлива торфа нецелесообразно   -  более эффективно его  можно применить в сельском хозяйстве.

Так же можно привести несколько примеров экологического оборудования в различных областях народного хозяйства.

Добыча и переработка полезных ископаемых. Название технологии: Шахтные анализаторы воздуха - комплекс аппаратуры (АКМР-М) предназначен для непрерывного автоматического контроля содержания, метана, оксида углерода и кислорода в условиях рудничной атмосферы (шахты, горно-обогатительные комбинаты и др.).[5]

Сельское хозяйство и пищевая промышленность. Название технологии: Дозатор для внесения биологических средств защиты сельскохозяйственных культур с использованием сверхлегких летательных аппаратов. Прибор представляет собой высокоточное дозирующее устройство с электроприводом, выпускное устройство в виде трубки Вентури и управляющего блока. Устройство позволяет осуществлять экологически чистую защиту растений.

Технология организации экологически замкнутого сельского хозяйства. Организация экологически замкнутого сельского хозяйства позволяет на основе выращивания ценной культуры - топинамбура - наладить комплекс производств технологически связанных в замкнутый цикл. В результате хозяйство практически не имеет отходов. Основными продуктами такого хозяйства являются фруктозный сироп - дефицитный диетический продукт, биогумус - органическое удобрение для тепличного хозяйства и животноводческие продукты.

Энергетика. Название технологии: технология преобразования растительной биомассы и углеводородов ТБО в энергоносители. Технология преобразования растительной биомассы и углеводородов ТБО в энергоносители БЕЗ ВЫБРОСОВ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ и вывоза на полигоны утилизации. Население оплачивает энергоносители "своим мусором". Патент РФ июнь 2001 года и др. патенты.

Солнечные электростанции с двигателем Стирлинга и фотоэлектрические станции. Описание: В состав солнечной электростанции входят концентратор солнечной энергии и газопоршневой двигатель Стирлинга. Принцип действия основан на преобразовании тепловой энергии солнечного излучения в механическую энергию термодинамической машины. Принцип действия фотоэлектрической станции заключается в прямом преобразовании электромагнитной энергии солнечного излучения на основе эффекта фотоэлектрической электрогенерации. Назначение солнечных электростанций - автономное энергоснабжение потребителей, удаленных от промышленных энергосетей.

Транспорт. Название технологии: Обработка дизельного топлива с целью снижения содержания углеводородов в выхлопных газах. Технология обеспечивает комплексную термодинамическую и физико-химическую обработку дизельного топлива перед его заправкой в топливные баки непосредственно у потребителя. В процессе обработки удаляются гетерогенные примеси, диспергируются кластеры молекул углеводородов топлива и стабилизируется полученная гомогенизированная структура путем введения специального состава поверхностно-активных соединений. Технология позволяет не только доводить обводненное и загрязненное дизельное топливо до уровня Единого Европейского стандарта, но и снизить содержание ПАУ в самом топливе более чем в два раза, а в отработавших газах - в 1,5 - 2,5 раза. При этом, за счет более полного сгорания топлива снижается его расход, повышается ресурс работы двигателя на 30 - 40 %.

Здесь указано лишь несколько технологий, которые  позволяют   не только сохранять окружающую среду, но и  рационально,  экономически выгодно использовать промышленные отходы. Газоочистительное  оборудование  -  один из важнейших элементов этих  технологических  линий малоотходного производства. А оно, как уже было сказано  выше,  является промежуточным этапом создания безотходного производства. Таким образом, кроме экологического и экономического аспектов  газоочистка имеет еще один перспективный аспект  -  ее  развитие  способствует созданию новых, совершенных технологий, технологий будущего. Только они способны обеспечить человечеству выживание  в  наступающем XXI веке.  Однако   современное  экологическое  состояние   Земли внушает не надежды, а опасения. В полной мере это, к сожалению, касается и современной России.

3. Примеры альтернативного природопользования (промышленность, сельское хозяйство, энергетика)

При сохранении нынешнего способа природопользования в будущем биоразнообразие столкнется со все возрастающей угрозой несбалансированного развития территорий (разработкой месторождений полезных ископаемых, разведкой нефти), нерациональным использованием природных ресурсов, расширением бесконтрольного неорганизованного туризма и спортивной охоты, что может в значительной степени сократить мировую ценность данного природного объекта.

Альтернативная энергетика как перспективный путь решения экологических проблем сегодня может быть представлена следующим образом.

Альтернативные источники: солнечная (солнечные батареи), ветра (ветровые агрегаты), приливов (приливы океана), геотермальная (горячие ключи и гейзеры), биогаз. На фоне высоких цен на нефть и очевидности того, что этот источник сырья не бесконечен, прогнозируется повышение спроса на альтернативные виды топлива, и в первую очередь на биотопливо: речь идет о биодизеле (производится из рапсового масла) и биоэтаноле (из кукурузы или пшеницы). [6]

В сельском хозяйстве можно выделить следующие примерные альтернативы. Каждый сельскохозяйственный ландшафт содержит в себе много возможностей равновесного природопользования. Например, степь может использоваться для выпаса скота, для богарного и ирригационного земледелия. Очевидно, что удельная отдача участка в последовательности значительно возрастает, но одновременно растут и трудозатраты.

Объекты всемирного природного наследия включаются в список рекомендуемых ЮНЕ-СКО для рекреационного использования (преимущественно для международного экологического и познавательного туризма) ― это альтернативная, щадящая форма природопользования, которая приносит не меньший доход, чем многие виды хозяйственной деятельности, наносящие вред природе.

Преобразование минерального вещества объектов природопользования (в особенности рудных месторождений) является далеко не единственным, но одним из решающих факторов воздействия цивилизации на окружающую среду. Данное положение практически не оспаривается, но в то же время сам процесс такого влияния не подвергается детальному поэтапному анализу в такой степени, чтобы постепенно отрабатывалось прогнозирование воздействия, с заблаговременностью, подвергающей из альтернативных вариантов природопользования выбирать экологически наименее неблагоприятные, а при необходимости - рекомендовать эффективные компенсирующие (рекультивирующие) мероприятия.

Таким образом, при отсутствии возможностей естественного воспроизводства потребляемых природных ресурсов, такое природопользование должно быть замещено на альтернативное, либо запрещено.