Безотходные и мало отходные технологии

Безвідходні і маловідходні технології

курсова робота з екології 
ЗМІСТ

Вступ

По мірі розвитку сучасного виробництва  з його масштабністю і темпами  зростання все більшу актуальність набувають проблем розробки і  впровадження мало- і безвідходних технологій. Швидке їх вирішення у ряді країн розглядається як стратегічний напрямок раціонального використання природних ресурсів і охорони навколишнього середовища.

Безвідходна технологія є таким методом виробництва продукції, при якому вся сировина і енергія використовуються найбільш раціонально і комплексно в циклі: сировинні ресурси – виробництво – споживання – вторинні ресурси, і будь-які дії на навколишнє середовище не порушують її нормального функціонування. Це формулювання не повинно сприйматися абсолютно, тобто не треба думати, що виробництво можливо без відходів. Уявити собі абсолютно безвідходне виробництво просто неможливо, такого і в природі немає. Проте відходи не повинні порушувати нормальне функціонування природних систем. Іншими словами, ми повинні виробити критерії непорушеного стану природи. Створення безвідходних виробництв відноситься до дуже складного і тривалого процесу, проміжним етапом якого є маловідходне виробництво. Під маловідходним виробництвом слід розуміти таке виробництво, результати якого при дії їх на навколишнє середовище не перевищують рівня, допустимого санітарно-гігієнічними нормами, тобто ГДК. При цьому з технічних, економічних, організаційних або інших причин частина сировини й матеріалів може переходити у відходи й прямувати на тривале зберігання або захоронення.

розділ 1. Історичні  передумови розвитку маловідходних  технологій

З появою Homo Sapiens (декілька сотень тис. років тому) виник перший вид живих істот, який зміг взяти верх у конкурентній боротьбі з іншими ссавцями і справив руйнівну дію на біоценози. Виникла потенційна загроза рівновазі в біосистемі. Постійний технічний прогрес, а також швидке зростання чисельності населення сприяють нечуваній руйнівній дії на навколишнє природне середовище.

Зростаюче населення світу й  виробництво, що поширюється, у поєднанні  зі структурами споживання, які не забезпечують стійкості – ведуть до зростання навантаження на повітря, воду та інші необхідні природні ресурси.

Першим технічним завоюванням  людини став вогонь. До цього вплив наших далеких предків на природні екосистеми був обмеженим, бо люди були їх частиною, одним з елементів біоценозів, які беруть участь в кругообігу речовин і розподілі енергії, подібно до усіх інших гетеротрофів. Так, у Західній Європі рослинний покрив було загублено катастрофічними пожежами іще у палеоліті (близько 1 млн. років тому). Величезні лісові масиви були знищені в тропічних і помірних широтах, де вогонь використовувався для ловлі і заганяння дичини і т.д. Трохи пізніше дикорослий рослинний покрив у різних районах Африки, Азії і Америки було згублено людиною свідомо задля утворення ланів злакових і інших сільськогосподарських культур; так були створені савани Західної Африки й Південно-Східної Азії, прерії Північної Америки. Мисливці пізнього палеоліту (приблизно 25 тис. років тому) не лише видозмінювали і руйнували рослинний покрив на значних площах, а й збіднювали видовий склад великих хребетних (мамонти, бізони) [17, 199].

З початку неоліту лісові біоми  стали замінюватися пасовищами, потім ланами сільськогосподарських культур. Прискорилась модифікація зооценозів, що супроводжувалось вимиранням великих репрезентантів фауни. Розвиток сільського господарства супроводжувався повним викорінюванням первинного рослинного покриву; заміщення початкових біомів культурними рослинами справило катастрофічний вплив на велику кількість наземних ЕС. Наприклад, у Китаї на початку неоліту ліси займали 90% території, а зараз – лише 5%. Крім створення агроекосистем з обмеженою кількістю рослинних видів, приручалося і обмежене число тварин. У результаті відбувалося значне збільшення маси їжі, яка вироблялась на одиниці поверхні, і збільшення кількості енергії, що надходила у розпорядження людини. Розвиток сільського господарства дозволив вести осілий спосіб життя, сприяв демографічному зростанню і утворенню перших населених пунктів. Одночасно зростало антропогенне навантаження на природні ЕС; необоротні негативні зміни відбулися в багатьох районах Землі вже на початку нашої ери (наприклад, опустелювання Південної Палестини, Північної Сирії, Іраку і Східного Ірану, де іще 8000 років назад процвітала цивілізація). Але в кінцевому рахунку стародавні агроекосистеми мали високий рівень гомеостазу (володіли високою здатністю до саморегуляції під час зміни умов середовища), тобто діяльність людини вписувалася в біогеохімічні цикли і не змінювала потоку енергії у біосистемі.

На початку XVIII ст. відбулися наукові  відкриття, які дозволили зробити  стрибок у розвитку промисловості. Почали впроваджуватись і нові рослинні культури, що підвищувало ефективність землеробства і тваринництва. У другій половині XIX сторіччя разом із розвитком індустрії зросла частка енергії, яку отримували за рахунок викопного органічного палива. Стали утворюватись відходи, що біологічно не руйнуються, які, перемішуючись з токсичними залишками, стали порушувати життєдіяльність деструкторів. Ці процеси прогресують з кожним роком і для сучасного суспільства характерні такі особливості:

1) різноманітність біоценозів у  середовищах, що експлуатуються людиною, усе більш скорочується;

2) порушується кругообіг речовин,  оскільки відходи життєдіяльності  людини більш не мінералізуються  деструкторами або майже не  мінералізуються;

3) людина запозичає із земної  кори різні метали, мінерали і  гірські породи, які потім в значних кількостях розсіюються в природних середовищах завдяки процесам механічної, фізико-хімічної, біогенної і техногенної міграції [17, 200].

З екологічних позицій подібні  накопичення різних залишків в перспективі  можуть мати найзгубніші наслідки, тобто стати причиною катастрофічної деградації біосистеми.

Ніякий живий організм не може експлуатувати  довкілля, нехтуючи законами біогеохімічного  кругообігу речовин у такій мірі, яка несумісна з постійністю  біоценозів; будь-яка істота, яка  намагається споживати більш того, що виробляє екосистема, частиною якої вона є, приречена на загибель. Тому можливість необмеженого зростання споживання людством, чисельність якого постійно зростає, це міф технократів, зовсім не знайомих з біологією і не бажаючих розуміти, що людина – сама частина біосистеми [17, 202].

Розширення і посилення антропогенного і техногенного тиску на ресурсно-екологічну систему Землі руйнує економічну основу суспільного розвитку, наносить величезну соціальну шкоду. Запобігання  ресурсно-екологічної кризи і збереження довкілля перетворюються на головну мету: виживання людства. Розв'язання ресурсно-екологічної кризи ускладняться "ефектом екологічного і економічного бумеранга", суть якого полягає в тому, що безмежна економіка руйнує природу, а руйнування природи підриває економіку. Інтегральним показником ресурсно-екологічної кризи слід вважати зміну генетичного фонду біосистеми. За даними Міжнародної спілки охорони природи (ІСОП) з 1600 р. зникло біля 40 видів ссавців, а більше ніж 120 знаходиться на межі зникнення; зникло 100 видів птахів і 190 їх можуть зникнути; під загрозою зникнення знаходяться 20-25 тис. видів вищих рослин. За даними Н. Майерс у середині 1970-х років на Землі зникав щодня один вид, а в 1990-і роки щезнення одного виду обчислюється однією годиною. Вже на початку XXI століття може зникнути близько 1 млн. видів від сучасної кількості [17, 203].

Для аналізу впливу людини на довкілля можна виділити три взаємопов'язаних показники:

• показник демографічного впливу, тобто впливу власне людини, який чисельно дорівнює відношенню місцевої густоти населення (в даній області або регіоні) до фонової густоті (для країни у цілому);
• показник фізико-механічного впливу, який відбиває зростання впливу машин і механізмів;
• показник технологічного впливу, тобто відношення місцевої інтегральної характеристики забруднення до нормативної. Потрібно зазначити, що сама густота населення (або показник демографічного впливу) без урахування рівня розвитку цивілізації не є об'єктивним показником екологічного навантаження [17, 205].

Техногенний вплив на території  України в 6-7 разів перевищує рівень європейських країн, тоді як ресурсоємність продукції перевищує в 2-3 рази, а  енергоємність в 6-7 разів. Тому дуже важливе значення має проведення ефективної екологічної політики – заяви організації про свої наміри і принципи відносно її загальних екологічних характеристик, яка забезпечує основу діяльності і встановлення її екологічних цілей та завдань.

Екологізація –  це зменшення інтегрального екодеструктивного впливу процесів виробництва та споживання одиниці продукції.

Екодеструктивні процеси  – процеси впливу на людину і природу, що призводять до соціальних, економічних або екологічних наслідків (забруднення, порушення ландшафтів, прямий вплив на організм людини, вплив на особистість людини, вплив на біологічні об'єкти).

Під інтегральним екодеструкитивним впливом розуміють зведені до єдиної критеріальної бази результати негативних наслідків впливу людини і ПС (ЕС) процесів виробництва та споживання предметів і послуг.

Ресурсозберігання найбільш відповідає раціональному (оптимальному) природному процесу, бо нормально функціонують ті промислові системи, які найбільш ефективно використовують енергію, поспішають утворити ресурси і видаляють  відходи. Досягнення 100%-ї безвідходності нереальне, оскільки суперечить другому началу термодинаміки. В тому випадку, коли в ланцюгу технологічних процесів, де відходи одного виробництва стають сировиною для іншого виробництва, технологія називається реутилізованою. Така технологія може наблизити людство до теоретичного мінімуму глобальних антропогенних процесів, рівного відходам в біосферних циклах (біогенні вапняки, каустобіоліти). Стратегічно важливо прагнути як до мінімуму відходів, так і до реутилізаційних циклів. "Менше сировини, більше розуму" – девіз італійської школи менеджменту.

Ресурсозберігання є однією з основних умов оптимізації природокористування. Під ресурсозберіганням розуміється виробництво і реалізація кінцевих продуктів з мінімальною витратою речовини і енергії на всіх етапах виробничого циклу і з найменшим впливом на природні екосистеми і людину. Це, передусім, енергетична ефективність – співвідношення між енергією, що затрачується (або що є), і кінцевим продуктом. Перетворення високоякісної енергії, що добувається з ядерного палива, в теплову енергію в декілька тисяч градусів Цельсія і далі у високоякісну електроенергію для підтримки температури на рівні 20°С є надзвичайно марнотратним процесом.

Тому основним принципом використання енергії повинна бути відповідність якості енергії поставленим задачам. Наприклад, раціонально для обігріву будівель використовувати сонячну енергію, гідрогеотермальну енергію, енергію вітру та інші, а в районах з холодним кліматом найкращий спосіб опалювання – створення будівель, максимально ізольованих від зовнішнього середовища.

За Т. Міллером, виділяються дві принципово різних моделі суспільства: суспільство одноразового споживання, що створює відходи (тип А), і природозберігаюче суспільство (тип Б). Суспільство типу А характерно для найбільш промислових країн, які використовують як можна більше енергії і речовини і з великою швидкістю перетворюють високоякісну енергію в низькоякісну, речовини і відходи, що забруднюють довкілля. Основою суспільства типу Б є розумне (оптимальне) використання енергії і рециркуляція речовини, повторне використання невідновлюваних ресурсів, скорочення споживання і втрат енергії і ресурсів. При цьому особливо важливо ефективно використовувати енергію, не застосовуючи без особливої необхідності її високоякісні види. У суспільстві типу Б, до якого необхідно прагнути, не повинен бути перевищений поріг екологічної стійкості природних систем і їх сукупності. При цьому для обмеження втрат природних ресурсів і запобігання забрудненню необхідно враховувати інформацію про вплив на навколишнє природне середовище при "вході" в неї (рис. 1).

Рис. 1. Моделі суспільства одноразового споживання, яке створює відходи (тип А), і пристосованого суспільства (тип Б) [17, 208]

Наприклад, значно простіше і дешевше запобігти попаданню токсикантів в підземний водозабір господарсько-питного водопостачання за намагання очистити вже забруднену підземну воду (в деяких випадках, вигідніше вести роботи по спорудженню нового водозабору, ніж по його відновленню).

Традиційними "атрибутами" екологізації суспільного виробництва прийнято вважати очисні споруди, маловідходні технології, пристрої з переробки відходів і т.д., найбільш справедливим принципом формування еколого-економічних стимулів – принцип "забруднювач сплачує", а ефективною формою його реалізації – платежі за забруднення навколишнього природного середовища та використання природних ресурсів і т.д.

Європейською економічною комісією сформульовано визначення поняття "безвідходна технологія". Безвідходна технологія – це практичне застосування знань, методів і коштів для того, щоб забезпечити в межах людських потреб якнайраціональніше використання природних ресурсів і енергії та захист навколишнього середовища. Під маловідходною технологією розуміють спосіб виробництва продукції, за якого частина сировини і матеріалів переходить у відходи, однак шкідливий вплив на навколишнє середовище не перевищує санітарних норм. У широкому розумінні поняття "безвідходна технологія" охоплює й сферу споживання. Ця технологія передбачає, щоб виготовлені вироби служили довго, легко могли бути відновлені (відремонтовані), а після закінчення терміну служби поверталися в антропогенний ресурсний цикл після відповідної переробки або знешкоджувалися та захоронялися як неутилізовані відходи.

За законом розвитку довкілля, будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально-енергетичних та інформаційних можливостей навколишнього середовища. Абсолютно ізольований саморозвиток неможливий – це висновок із законів термодинаміки. Із цього закону випливає наслідок: абсолютно безвідходне виробництво неможливе. Тому поняття "безвідходна технологія" є умовним і наповнюється змістом залежно від розвитку техніки на певному історичному етапі. У 1976 р. в Дрездені на Міжнародному симпозіумі з маловідходних та безвідходних технологій було виділено чотири основні напрями, за якими розвиваються безвідходні технології:

1) розроблення різних видів безстічних  технологічних схем і водооборотних  циклів;

2) створення і впровадження систем перероблення відходів виробництва та їх споживання як вторинних матеріальних ресурсів;