Малоотходные и безотходные технологии

Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ значительно разомкнут, сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружающей среды. Создание даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Поэтому основной задачей является разработка так называемых малоотходных и безотходных технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым.

Малоотходная технология – такой способ производства, который обеспечивает максимально эффективное использование сырья и энергии, с минимум отходов и потерь энергии.

Важным условием малоотходной технологии является рециркуляция – повторное использование материальных ресурсов, позволяющее экономить сырье и энергию, и уменьшить образование отходов.

В комплекс мероприятий по сокращению до минимума количества вредных отходов и уменьшения их воздействия на окружающую природную среду входят:

• разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

• разработка бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;

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

• создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.

Современные технологии переработки и утилизации твёрдых техногенных отходов электростанций и промышленных предприятий

Теплоэнергетика является одной из отраслей, наиболее сильно загрязняющих окружающую среду.

Основными ресурсами топлива для тепловых электростанций Сибирского федерального округа являются ресурсы Западно-Сибирского нефтегазового комплекса и угли восточных бассейнов. Твёрдое органическое топливо ещё достаточно долгое время будет занимать второе место по объёму использования в нашей стране. Не менее высоко потребление углей в энергетике за рубежом.

При сжигании твёрдого топлива (угля, торфа и др.) образуются так называемые очаговые остатки – зола и шлак, которые объединяют общим термином золошлаковые материалы. Ежегодно в мире образуется около 700 млн. тонн золошлаковых отходов.

В решении проблем промышленных отходов существуют 3 направления:

1. Введение отходов в естественный кругооборот веществ

2. Хранение отходов (консервация, нейтрализация, захоронение).

3. Утилизация отходов.

Последнее направление наиболее соответствует основным задачам безотходного производства – максимальное использование исходного продукта при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

Одним из путей повышения экономической эффективности процессов утилизации твёрдых минеральных отходов, является комплексный подход к решению этой задачи, позволяющих создать ассортимент достаточно дорогостоящих наукоемких материалов на основе твёрдых отходов. Промышленные минеральные отходы состоят в основном из окислов различных элементов и их производных, каждый из которых в отдельности достаточно широко используется для практического применения.

В настоящее время в основном предлагается использовать твёрдые отходы ТЭС для наполнения строительных смесей на основе цемента. Использование шлаков в основном ограничивается применением их в качестве добавок, удешевляющих различные бетонные смеси. Однако для этих целей имеется большое количество альтернативных материалов, в основном это измельчённые горные породы, по свойствам не уступающие шлаковым наполнителям и имеющим более низкую стоимость.

Кроме того, существующие методы решения проблемы использования золы предполагают использование её в качестве добавок в композиты на основе цементов в количествах, не ухудшающих свойства этих материалов, с целью их удешевления. Широкого распространения это направление не получило из-за низкой экономической эффективности.

Наряду с этим в ограниченных количествах различные золы используют для наполнения асфальтов, получения кирпича (при высоком содержании CaO), извлечения Al₂O₃, и редких элементов (W, Ge, Ga), что лишь незначительно снижает экологическую нагрузку золоотвалов. Так же в небольших масштабах производится извлечение из золы полых минеральных микросфер, используемых для получения легковесов на основе минеральных связующих и наполнения пластмасс.

В основе новых подходов к решению проблемы использования промышленных твёрдых минеральных отходов, лежит концепция перевода продуктов на их основе на качественно новый уровень, позволяющий поставлять товар на рынок строительных, конструкционных и электротехнических материалов. Наукоемкие материалы более привлекательны по уровню свойств, чем традиционные. В этом случае можно повысить экономическую эффективность на основе производства материалов на основе отходов до высокого уровня. Дисперсность твёрдых отходов, компактность их расположения и некоторые уникальные свойства позволяют повысить их экономическую привлекательность для производства новых материалов.

В НГТУ на кафедре инженерных проблем экологии предлагаются следующие направления утилизации твердых техногенных отходов:

1. Использование в качестве наполнителей для неорганических связующих:

• разделение отходов на фракции по уровню дисперсности;

• термическая обработка наполнителей;

• химическая обработка поверхности наполнителя;

2. Получение связующих на основе химически модифицированных отходов.

3. Разделение материала золы на составляющие:

• получение глинозёмистого концентрата;

• получение пигментов для строительных материалов;

• получение аморфного кремнезёма для жидких стёкол;

• получение высокомолекулярной кремниевой кислоты на основе силикатов, аморфной окиси кремния и четвертичных аммониевых оснований, а также получение композитов различного назначения на их основе;

• получение водорастворимых неорганических полимеров на основе окислов алюминия, титана, циркония и т.д., и четвертичных аммониевых оснований для синтеза керамических композитов при низких температурах.

На основе твёрдых минеральных отходов и материалов, полученных в результате химической модификации золошлаковых отходов, возможно получение ряда наукоёмких дорогостоящих материалов и изделий

Создание технологии производства материалов на основе твердых минеральных отходов позволяет создать универсальный способ экономически эффективного решения экологических проблем, связанных с работой ТЭС и других промышленных предприятий.

Создание качественных и дешевых наукоемких материалов на основе отходов ТЭС с использованием органических и неорганических связующих, позволит помимо улучшения экологической обстановки, ввести в строительную отрасль ряд высокопрочных легкоокрашиваемых материалов для использования в качестве диэлектрических, конструкционных и химически стойких материалов.

На основе твердых минеральных отходов и жидких стекол возможно создание легкоокрашивающихся композиционных материалов для облицовочных и конструкционных строительных изделий.

На основе продуктов химической обработки мелкодисперсных элементов отходов возможно создание химически активных наполнителей, наполнителей с модифицированной поверхностью, кремнеземных жидких стекол, пигментов и специальных наноматериалов.

Конкурентные преимущества материалов на основе ЗШО по сравнению с ближайшими аналогами:

• относительно низкая стоимость;

• повышенный декоративный эффект;

• специальные свойства;

• более высокая прочность и долговечность;

• более широкий ассортимент изделий;

• большая степень универсальности применения;

• технологичность.