Энергосберегающее ведение хозяйства

Хорошее управление энергией включает в себя принятие промышленной ситуации такой, какая она есть, и выработку способов ее коррекции или изменения для того, чтобы она стала более энергоэффективной. Возможностей - в изобилии. Например, персональные компьютеры сейчас используют более 5% всей энергии в бизнесе, поэтому более эффективно спроектированные компьютеры или одновременная экономия используемой ими энергии могут заметно сократить потребление. Важно понимать, что, поскольку все используют энергию на своих рабочих местах, каждый может внести полезный вклад в сбережение энергии в офисах, лабораториях и производственных комплексах.

Особенно успешное соревнование по сбережению энергии сотрудниками было инициировано Луизианским отделением компании Dow Chemical в 1982 г. Во многих улучшениях были использованы методы, полезные для всей отрасли в целом: толстая изоляция труб, несущих горячие жидкости, частая очистка поверхностей теплообменников для улучшения эффективности передачи тепла и использование точечных нагревателей жидкости там, где хранение или длинные трубопроводы создают возможность потерь тепла. Результаты соревнования по энергосбережению приведены в табл. 11.2.

ТАБЛИЦА 11.2 Результаты соревнования по энергосбережению:

Луизианское отделение, Dow Chemical _______________

1982 1984 1986 1988 1990 1992

Выигравшие проекты 27 38 60 94 115 109

Средняя прибыль на инвестиции, % 173 208 106 182 122 305

Данные из К.Е. Nelson, Practical techniques for saving energy and reducing waste, Industrial Ecology and Global Change, R. Socolow, C. Andrews, F. Berkhout, and V. Thomas, eds., Cambridge University Press, 1994.

В таблице отражены два важных момента. Один заключается в том, что все хорошие проекты не были рассмотрены в первый год. Скорее всего, хорошие идеи продолжали поступать. Второй момент заключается в том, что отдача на инвестиции значительна и ее легко продемонстрировать. За период 1982—1992 г. сбережения корпорации, оставшиеся после вычета относительно небольших издержек, связанных с реализацией некоторых идей, составили около 170 млн долл.

РЕЗЮМЕ

Энергия дает пример ситуации, в которой проектировщик процесса играет такую же или более крупную роль, чем разработчик продукта. Как и в большинстве ситуаций, совместные усилия обоих, вероятно, дадут наибольшие сбережения энергии, способствуя эффективному и действенному производству. Возможно, больше чем другие темы, обсужденные в этой книге, минимизация энергии — в особенности подходящая сфера для постепенных изменений, так же как и для полного изменения процесса. В то время как мы пишем эти строки, некоторые страны устанавливают налог на выбросы углерода, другие устанавливают требования по использованию энергии для промышленных продуктов. Как эти требования будут изменяться, мы еще увидим, но мало сомнений в том, что энергия будет и дальше дорожать, в то время как ресурсы сокращаются в соответствии со спросом со стороны растущего населения планеты, а вопросы охраны окружающей среды вдохновляют законодательную деятельность. Сокращение и изменение способа использования энергии, таким образом, крайне вероятно будут хорошими инвестициями в будущую прибыльность корпораций, а также в экологическую ответственность.

3. МАТЕРИАЛОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕЦИКЛИНГ

В современных условиях в расчете на каждого жителя планеты ежегодно добывается 50 т сырья, которое с использованием 800 т воды и 3,0 кВт.ч мощности перерабатывается в продукты потребления. При этом перемещается до10 т горной породы и нарушается целостность 2 м2 поверхности Земли. Конечные продукты составляют 2% массы сырья. Можно согласиться с В.И. Даниловым-Данильяном и др., которые высказывают следующую мысль: "Рассуждая о безотходных технологиях, забывают, что безотходной можно назвать лишь такую технологию, где на 1 т сырья получают больше 1 т конечных пpoдуктов, так как должны утилизироваться и продукты сжигания твердого топлива, дающего энергию для производства продукта, и вода, используемая практически в любой технологии. Но, самое главное, забывают, что любой произведенный готовый продукт является не более чем отложенным отходом, так как наше хозяйство не производит ничего, кроме отходов".

Между тем в Российской Федерации после распада СССР возникли серьезные трудности с рядом видов сырья. Это относится в первую очередь к марганцу, хрому, барию, стронцию, иоду, брому, фосфоритам, бентониту, каолину, месторождений которых в России нет, а также к титану и ртути, месторождения которых в настоящее время не разрабатываются. Извлечение основных металлов из руд составляет 65-78%, попутных элементов в цветной металлургии - 10-30%. Приведенные цифры ниже общемировых, из чего следует, что в Российской Федерации имеет место дефицит природных ископаемых. Кроме того, следует иметь ввиду, что все возрастающие экологические требования, прежде всего снижение размера освоенных человеком территорий, ограничивают возможность ввода в будущем новых месторождений. Между тем огромное количество металла сосредоточено в техногенных отходах.

В настоящее время определена группа отходов, по разным причинам требующая первоочередного внимания. Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд Т отходов, при этом используется 2 млрд т, или 28%. Из общего объема используемых отходов около 80% - вскрышные породы и отходы обогащения - направляются на закладку выработанного пространства шахт и карьеров, 2% используются в качестве топлива и минеральных удобрений и лишь 18% (360 млн т) используются в качестве вторичного сырья (из них 200 млн т - в стройиндустрии). На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено более 100 млрд т твердых отходов, при этом изымаются из хозяйственного оборота сотни тысяч гектаров земель; сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах и свалках oтxoды являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы, почвы и растений.

Первоочередность использования отходов определяется прежде всего степенью их токсичности. Ртутьсодержащие отходы, относящиеся к веществам l..го класса токсичности, являются одними из наиболее опасных для окружающей среды и перерабатываются в первую очередь. В отходах сферы производства и потребления содержится более 200 т ртути, безвозвратно теряемой при захоронении. Между тем в России нет подготовленных к разработке ртутных месторождений, а ежегодно для промышленных целей требуется 400-500 т ртути. Такого количества ртути не может дать единственный в России рудник (Краснодарский край), имеющий небольшие запасы руд с содержанием ртути 0,06-0,1 %.

Шламы хроматного производства, содержащие до 5 % высокотоксичного шестивалентного хрома, так же как и ртутьсодержащие о.тходы;" относятся к веществам l-го класса токсичности.. Шламы в настоящее время не утилизируются, а складируются в шламонакопителях двух заводов - АО"Хромпик" (г. Первоуральск Свердловской обл.) и Новотроицкого (Оренбургская обл.). В случае разрушения шламонакопителей вследствие eстeственного износа или стихийного бедствия весь токсичный хром может быть выброшен на окружающую территорию, создав катастрофическую, экологическую ситуацию в бассейнах рек Чусовая и Урал. Проблема утилизации этого типа отходов не решена ни в одной стране мира.

Это же относится к отходам машиностроения – гальваношламам, мышьяксодержащим отходам и др.

Другая группа отходов отличается большим количеством образующегося и накопленного материала (отходы энергетики - золошлаковые, отходы углеобогащения, нефелиновые хвосты и дp.)

Сложности переработки отходов связаны еще и с тем, что сложившаяся в народном хозяйстве практика контpоля технологии не предусматривает подробного анализа компонентов технологического процесса (сырья и продуктов) на содержание всех возможных элементов.

Итак, переработка техногенных отходов - единственная на длительную перспективу возможность решить проблему источников сырья. В связи с этим надо совершенно по-иному планировать техническую политику. Прежде всего это означает, что отраслевой подход к выбору направлений, в частности, промышленного развития с учетом, например, лишь расходования одного или небольшого количества ресурсов или с тачки зрения лишь выбросов в окружающую среду может привести к неблагоприятным, а в ряде случаев и катастрофическим результатам. Учитывая, что лишь 2% потребляемых природных ресурсов превращается в конечную продукцию, а остальное попадает в отходы, переработка отходов становится первоочередной задачей, основой решения проблемы ресурсосбережения. Используя отходы, снижая потребление природных ресурсов, ограничивая выбросы и снимая вредное влияние хранилищ отходов на окружающую среду, можно решить большой круг экологических проблем.

В мировой практике в настоящее время складываются фундаментальные представления о наиболее эффективных направлениях ресурсо-экологической политики, сердцевиной которой в части сбережения материалов является обращение с техногенными и бытовыми отходами. "Обращение с отходами" - принятый термин, охватывающий весь объем операций, связанных смониторингам, хранением, переработкой отходов и законодательным оформлением всех действий.

При самых совершенных технологиях предотвратить возникновение отходов невозможно. Если выделить обращение с особо опасными отходами в отдельную проблему, утилизация основной массы "свежих" и "отлаженных"* отходов мажет быть проведена по следующим направлениям:

а) уничтожение отходов с переводом их в безопасные продукты. При этом возможно.и желательна получение и использование вторичной энергии. Этот путь предпочтителен для большинства твердых бытовых отходов, осадков сточных вод, отходов сельскохозяйственного производства, микробиологической промышленности, сферы образования, здравоохранения, науки, сервиса. Главный эффект уничтожения отходов - высвобождение территории, предотвращение выделения парниковых газов, устранение нежелательных микроорганизмов, снижение загрязнения атмосферы и гидросферы;

* "Отложенный" отход - продукция, потерявшая потребительские свойства.

б) консервация отходов в безопасном состоянии для их использования в ближайшем или отдаленном будущем. Эффект консервации - высвобождение территории, ликвидация вредного влияния на окружающую среду;

в) текущее использование "свежих" отходов в производственном цикле ("внутренний" или "производственный" рециклинг). Эффект текущего использования.отходов - снижение потребления материальных ресурсов на данном производстве, уменьшение выбросов в окружающую среду, снижение себестоимости конечной продукции;

г) использование "свежих" отходов на предприятиях других отраслей промышленности (первый вариант "глобального" рециклинга). Эффект - высвобождение территории, снижение потребления материальных ресурсов в целом по народному хозяйству, снижение давления на окружающую среду;

д) использование "отложенного" отхода в собственной или других отраслях народного хозяйства (второй вариант "глобального" рециклинга). Эффект - высвобождение территории, снижение потребления материальных ресурсов в целом по народному хозяйству, уменьшение давления на окружающую среду.

Рассмотрим подробнее содержание термина "рециклинг" (англ. "recicling"), который в не которой степени соответствует ранее применявшимся в нашей стране терминам "использование вторичных ресурсов (или сырья)", "цикл возврата", "вторичные процессы". Можно спорить о точности применения того или иного термина, но краткость и общеупотребимость в различных странах понятия "рециклинг" говорят в его пользу.

Прежде всего разделим это понятие по иерархическому принципу на два: "производственный рециклинг" и "глобальный рециклинг". Под проuзводственным рециклингом будем понимать возвращение в текущее производство собственных отходов производства "в темпе с процессом". Использование этого термина, применяемого при реализации систем контроля и автоматизации производственных процессов, подчеркивает не медленную переработку в производстве образующегося отхода без его накопления. Впервые в мировой промышленной практике "производственный рециклинг" был воплощен в черной металлургии (в агломерационном производстве) в начале ХХ в. Некондиционная продукция (куски агломерата крупностью менее стандартной, Т.е. менее 5-10 мм) - так называемый "возврат" - снова направлялась в составе исходной шихты в процесс. Особенностью агломерационного процесса явилось улучшение (при использовании возврата) качества конечной продукции. Таким образом, рециклинг наряду со средством сбережения материальных ресурсов стал играть роль стимулятора роста качества продукции.

Отметим, что металлургия - одна из отраслей, наиболее полно использующих "производственный рециклинг". Это утверждение можно дополнить примерами использования продуктов пылеочистки доменных, сталеплавильных и электросталеплавильных печей, физического и химического тепла отходящих печных газов и др.

Сегодня производственный рециклинг можно трактовать как оперативное использование вторичных ресурсов предприятия в одном из его цехов. Использованию производственного рециклинга способствует соответствие качества вторичного сырья качеству исходной шихты, что снимает ряд сложных проблем глобального рециклинга.

Производственный рециклинг наиболее предпочтителен, он весьма эффективен с точки зрения экономики, энергопотребления и защиты окружающей среды. Однако практика показала, что более 70% всех образующихся техногенных отходов не могут быть переработаны предприятиями - "изготовителями отходов". Это относится к энергетике, транспорту, оборонным отраслям промышленности, машиностроению и др. Это целиком относится к "отложенным" отходам. Таких отходов только на территории России накоплено более 90 млрд т. Перерабатывать подобные материалы предстоит предприятиям отраслей, эти отходы не производившим. Таким образом, назрела проблема концепции глобального (межотраслевого и межрегионального, а в будущем и международного) рециклинга.материалов.

Переработка техногенных отходов на предприятиях "чужих" отраслей народного хозяйства выдвигает прежде всего требования контроля качества вторичного сырья. Техногенные отходы в отличие от природного сырья возникли как "непланируемая" продукция, и их запасы формировались стихийно. Отраслям народного хозяйства было выгодно использовать первичное сырье, и качеством техногенных отходов практически никто не занимался. Можно сказать, что техногенные отходы - это сырье "неизвестно для чего", сырье "без дальнейшей судьбы". Скопления техногенных отходов принято называть "техногенными месторождениями".

Возможности переработки отходов, Т.е. превращение техногенных отходов в техногенное сырье, зависят и от их качества, определяемого формами пребывания основных элементов в техногенном сырье.

В природе существует достаточно много различных форм нахождения элементов. В земной коре их несколько меньше. По Вернадскому, элементы в земной коре существуют в четырех формах:

- горные породы и минералы;

- живое вещество, или биологическая форма;

- магматические (существенно силикатные) расплавы;

- состояние рассеяния.

Во второй половине ХХ в. к ним были добавлены:

- изоморфные примеси;

- водные растворы;

- газовые смеси;

а также (Алексенко, 2000 г.):

- коллоидная форма с жидкой дисперсионной средой;

- техногенные соединения, не имеющие природных аналогов.

Две последние формы целиком связаны с возникновением техносферы.

В литосфере самостоятельные минеральные виды являются наиболее распространенной природной формой нахождения химических элементов. В настоящее время известно около 2000 видов минералов различных комбинаций и нахождений в самородном состоянии. Наибольшее число минералов (свыше 1500) образовано пpи участии кислорода, более 1000 содержат водород и более 500 - кремний. Еще 16 элементов (кальций;, сера, железо, алюминий, натрий, магний, медь, свинец и др.) входят (каждый) в состав более чем 100 минералов. В то же время немногим более 10 элементов (Rh, Os, Ru и др.) образуют по нескольку собственных минералов. Стоит отметить, что только распространенностью элементов нельзя объяснить их способность образовывать самостоятельные минералы. Так, среднее содержание в земной коре свинца составляет 1,6. 10^-3%, а число собственных минералов -199. Для галлия эти значения соответственно 1,9 10^-3% и 2. Часть техногенных соединений иногда также называют минералами, но искусственными. Они могут иметь природные аналоги или быть отличными от природных соединений.

Изоморфные смеси в минералах представляют собой закономерные замещения аналогичных элементов (или их "белков") друг другом в кристаллических решетках. Явление установлено немецким химиком Э. Митчерлихом в 1819 г. Процесс изоморфного замещения подразделяют на изовалентный (замещаются ионы равной валентности) и гетеровалентный (замещаются ионы разной валентности).

Из изоморфных смесей добывается основная часть редких и рассеянных элементов. Так, значительное количество гафния добывается из циркона, где гафний находится в виде изоморфной примеси к цирконию (мировые цены на гафний в 2000 раз выше, чем на цирконий).

При существующих в настоящее время методах извлечения элементов, особенно относящихся к попутным, значительная их часть уходит с дымом в атмосферу, попадает в промышленные стоки. Будучи освобожденными из кристаллических решеток, бывшие изоморфные примеси начинают самостоятельную (антропогенную) миграцию в биосфере. Так, цинк, вносимый в почвы как микроудобрение, может замещать магний в глинистых минералах. При этом он становится недоступным для растений, хотя его содержание в почве может быть очень высоким. Поэтому использование цинксодержащих микроудобрений в местах распространения магниевых глин бессмысленно. К слову, основная часть минеральных удобрений изготавливается из апатитов, которые содержат в качестве изоморфных примесей ряд редких и редкоземельных элементов, включая литий, стронций и др. Несовершенные технологии способствуют накоплению этих элементов в удобрениях, с которыми они поступают в почвы, а затем при разложении удобрений - в воду и различные живые организмы.

Наличие большого числа примесей в различных видах природного сы­рья заинтересовало специалистов лишь в последнее время. Между тем еще в 1909 Г., в выступлениях на ХП съезде русских естествоиспытателей и врачей, было высказано совершенно новое соображение, что по мере увеличения тонкостей наших исследований в каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности мы открываем все новые и новые элементы. В песчинке или капле, как в микрокосмосе, отражается общий состав Вселенной; в них могут быть обнаружены все те элементы, какие наблюдаются на земном шаре. После известных работ американца Ф.У. Кларка, составившего первые сводки о количественном распространении элементов в земной коре, эти мысли оформились В закон Вернадского-Кларка: "В любом природном объекте Земли содержатся все химические элементы, находящиеся в ее коре".

Речь может идти только о недостаточной чувствительности анализов, используемых для определения элементов, находящихся в очень малых концентрациях. Ряд специалистов считают, что пределом рассеяния можно считать концентрацию, соответствующую одному атому в 1 см3 вещества.

С ростом концентрации большинства химических элементов в техногенных отходах учет последствий действия закона Вернадского-Кларка является совершенно необходимым. В античности люди использовали лишь 19 элементов, в XVIII в. - 50, в начале ХХ в. - 60. Ныне используют все89 известных химических элементов, имеющихся в земной коре, а также многие искусственные химические элементы.

Металлы являются первыми техногенными веществами, нехарактерными для биосферы. В условиях биосферы практически все они неустойчивы, поэтому необходимы дополнительные затраты ресурсов для их сохранения в свободном состоянии. После начального высокого концентрирования металлов при получении происходит их существенное рассеяние в биосфере, например в процессе коррозии. Можно говорить о "металлизации биосферы". Начинают исчезать природные геохимические различия между отдельными регионами, происходит техногенное выравнивание значений местных кларков. Таким образом, появление техногенных месторождений вызывает серьезные изменения в биосфере и биосферных процессах, значение которых по-настоящему еще не оценено. Это в еще большей степени делает актуальной проблему использования техногенного сырья.

При разработке методов глобального рециклинга возникают две принципиально новые проблемы, которые не имеют значения для производственного рециклинга.

Во-первых, это вторичные расходы энергии на переработку техногенного сырья. Современный подход цивилизованного сообщества заключается в том, что стоимость переработки текущих или отложенных отходов должна быть включена в стоимость выпускаемой продукции. Поэтому вторичный расход энергии должен быть оценен при расчете "жизненного цикла изделия". Эта концепция должна быть скорректирована, исходя из формирования глобального рециклинга в том смысле, что при изготовлении продукции часть материалов постоянно циркулирует в объеме народнохозяйственного производства, заменяя "свежее" природное сырье. Поэтому "дополнительный" (вторичный) расход энергии на переработку техногенного сырья является кажущимся, так как при этом не расходуется энергия, предназначенная на переработку сэкономленного природного сырья. Между тем имеющийся мировой опыт переработки техногенного сырья убедительно показывает, что при замене природного сырья техногенным расход энергии снижается на 20-30%.

Во-вторых, возникают проблемы вторичных выбросов в атмосферу и гидросферу и формирования вторичных отходов. Вторичное техногенное сырье может быть переработано лишь в отраслях с внутренним производственным рециклингом. Поэтому с большой долей надежности можно утверждать, что формирование значительных количеств техногенного сырья "третьего поколения" вряд ли будет иметь место.

Обращение с отходами является типичным примером решения системной задачи, когда следует комплексно учесть следующие условия, которые мы по аналогии с математикой назовем граничными:

1. Большинство предприятий народного хозяйства имманентно не могут переработать не только все количество, но даже часть собственных отходов. Это относится, например, к транспорту, энергетике, сельскому хозяйству, медицине, угольной промышленности и др., взнос которых в общее производство отходов составляет более 70% общего их количества.

2. Общее количество накопленных к настоящему времени отходов и масса образующихся ежегодно на один-два порядка выше общей мощности предприятий народного хозяйства. Иначе говоря, рассматривая гипотетический случай возможного переход а всех предприятий страны на переработку уже накопленных отходов, получим, что на осуществление этого процесса потребовалось бы не менее 50 лет.

3. Капиталовложения на создание отдельной отрасли народного хозяйства, занятой исключительно переработкой всех образующихся отходов производства и потребления, столь велики, что подобную задачу надо просто исключить из рассмотрения. Решение в этом направлении может быть связано с отдельными "адресными" ассигнованиями на строительство установок по нейтрализации экологически особо опасных отходов.

4. Занимая весьма большие территории, полигоны отходов снижают эффективность функционирования народного хозяйства пропорционально занятой площади.

5. Нельзя рассчитывать на то, что в обозримом будущем будут внедрены эффективные технологии переработки всех производимых в настоящее время отходов. Подобное отставание разработки технологии от выпуска новых видов продукции, связанной с новыми видами отходов, можно считать на неопределенно долгое время неопровержимой данностью.

Перечисленные "граничные" условия определяют стратегию обращения с отходами, которая, на наш взгляд, должна быть основана на следующих принципах:

1. Экологически опасные отходы должны быть переведены в безопасное состояние в кратчайшие сроки. При этом от технологии переработки нельзя требовать в обязательном порядке экономической или технологической эффективности. Основной критерий выбора решения - наименее затратный перевод материалов в безопасное состояние. Примером является решение проблемы отходов, содержащих тяжелые металлы (отходы гальванопроизводства, некоторые виды отходов энергетики и др.). Получение из этих опасных отходов безопасных полиметаллических лигатур является вполне реальной задачей. При этом надо смириться с тем, что в настоящее время большая часть этого продукта не найдет потребителя, а продукция будет законсервирована до тех пор, пока не будут разработаны эффективные технологии извлечения компонентов из этих лигатур.

Другим примером решения подобного рода задач является утилизация (превращение в безопасные газы и оксидные твердые фазы) отходов химического производства с гарантированным отсутствием вторичных вредных выбросов. Так, ввод в горн доменных печей измельченных отходов потребления (например, отходов пластмасс) полностью исключает вторичные вредные выбросы с полной утилизацией этого типа отходов. Процесс нашел реальное воплощение в практике эксплуатации ряда доменных печей на металлургических предприятиях ФРГ.

2. Отраслям народного хозяйства должно быть выгодно максимально использовать собственные отходы. Этому должны способствовать экономические и правовые стимулы - крупные штрафы за использование тер­риторий для размещения полигонов техногенных отходов и связанное с этим загрязнение воды, почвы и воздуха, льготы при получении кредитов и приоритет в участии в государственных и муниципальных программах при использовании технологий переработки техногенного сырья и т.д. Можно предположить, что в ближайшее время стоимость переработки отходов при производстве какой-либо данной продукции будет включена в цену этой продукции.

3. Предприятиям должно быть выгодно перерабатывать отходы родственных фирм и предприятий других отраслей, а также бытовые отходы. Федеральные органы неизбежно вынуждены будут способствовать установлению межотраслевых связей, обеспечению информационными, консультационными и другими услугами.

4. Необходимо создать банк данных по отходам всех видов деятельности человека. При этом надо иметь в виду, что компактные скопления техногенных отходов на наших глазах превращаются в новое явление мировой цивилизации - техногенные месторождения. Так, на территориях крупных металлургических заводов за 40-60 лет образовались месторождения мощностью 200-1000 тыс. т различных металлов, в том числе относящихся к дефицитным. Месторождения образуются в короткие сроки, к ним не всегда применим опыт классической геологии, оперирующей тысячелетиями. На наших глазах рождается новая наука - "вторая геология" - геология техногенных месторождений.

5. Следует переводить предприятия на технологии с получением отходов с планируемыми свойствами. Некоторое возможное повышение стоимости производства в этом случае компенсируется снижением цены переработки отходов. В автомобильной промышленности США наблюдается процесс совершенствования узлов автомашин с учетом их эффективной переработки после перевод а машин в состояние промышленного отхода. В металлургии это означает, например, работу доменных печей с получением шлака, имеющего с точки зрения его дальнейшего использования оптимальные свойства даже за счет качества чугуна. В этом случае качество металла регулируется в большей мере в сталеплавильном переделе, а суммарный экономико-ресурсный итог является позитивным.

6. При переработке отходов не допустимы потери компонентов, ресурсы которых в природе малы или уже исчезли.

7. Поскольку лишь отдельные отрасли могут частично или полностью перерабатывать собственные отходы, стратегия переработки отходов в рамках народного хозяйства страны может строиться исходя из следующих базовых обстоятельств:

- основными методами утилизации отходов всех видов должны быть выcoкoтeмпepaтypныe процессы, так как они обеспечивают максимально возможную в настоящее время степень извлечения ценных компонентов, в наибольшей мере гарантируют безопасность продуктов переработки и наиболее полное уничтожение экологически опасных отходов;

- переориентирование высокопроизводительных агрегатов, которые используются в народном хозяйстве, на переработку огромных масс образующихся отходов;

- функцию отрасли, ответственной за переработку отходов производства и потребления в целом, наиболее полно может и должна выполнять металлургия.

При анализе состава и свойств техногенных отходов, накопленных в основных отраслях народного хозяйства, отчетливо проявляются некоторые общие признаки, аналогичные свойствам природных комплексных полиметаллических руд. Среди них - присутствие элементов в форме сложных соединений, твердых растворов; малый размер зерен этих соединений при тесном их прорастании; невысокое содержание каждого элемента в отдельности и пр.

Металлургия является наиболее универсальной отраслью народного хозяйства, способной утилизировать подавляющее большинство отходов производства и потребления. Современные металлургические технологии и действующие агрегаты пригодны для работы при низких и высоких температурах, в большом диапазоне давлений, при различном окислительно-восстановительном потенциале газовой среды, при разнообразном гранулометрическом составе перерабатываемого материала. Добавим к этому огромные мощности металлургического производства. Таким образом, с помощью процессов, применяемых в металлургии, можно без значительных капитальных вложений переработать основную массу образующихся отходов производства и потребления.

Особенно пригодны для переработки отходов слоевые процессы и соответствующие им металлургические агрегаты - шахтные печи, конвейерные машины и другие подобные устройства. Слоевой процесс обеспечивает предельно высокие характеристики тепло- и массообмена между энергоносителем - печным газом, и потребителем энергии - металлургической шихтой.

Для оценки возможностей использования металлургических технологий для переработки промышленных и бытовых отходов приведем следующие рассуждения. Американские ученые Донелла и Деннис Медоузы и Иорген Рандерс в своем знаменитом труде "За пределами роста", выполненном по заказу Римского клуба в Массачусетском технологическом институте, высказали мнение, что если брать за модель американский образ жизни и численность населения Земли в XXI в. считать равной 12,5 млрд человек, мировое производство стали должно будет вырастив 7 раз и составить 4-5 млрд тв год. Однако основная часть прироста будет связана со слаборазвитыми и развивающимися странами. В США среднедушевое потребление стали относительно стабилизировал ось и составляет 400-500 кг/год. Исходя из этих прогнозов И внося некоторые коррективы для условий России, можно предполагать, что потребление стали в России в XXI в. стабилизируется на уровне 60-70 млн т, а чугуна - на уровне 35-40 млн т в год.

Важнейшая особенность металлургии XXI в. - резкое снижение запасов и доведение до минимальных величин объема добычи железных руд, свободных от примесных металлов. По нашим расчетам не более 25-30% железных руд России, вовлекаемых в производство, будут достаточно чисты по примесным элементам. Это находится в противоречии с ужесточающимися требованиями к составу металлопродукции. Сохраняется тенденция роста доли качественных сталей в объеме производства черных металлов. Одновременно в последние годы за рубежом возникла острая потребность в особо чистых по примесям чугунах. Чугун, содержащий менее 0,05% марганца, 0,15-0,20% кремния, 0,01-0,02% серы и фосфора и не содержащий вовсе титана, хрома, ванадия,.никеля и др., ценится на мировом рынке в 1,5-2 раза дороже.

Таким образом, перед металлургией возникла принципиально новая проблема - переработка комплексных руд с максимально полным извлечением всех попутных элементов. При этом комплексные руды и техногенные отходы, как отмечал ось выше, объединяет ряд общих признаков. Поэтому освоение переработки комплексных руд создает объективные предпосылки для решения той же проблемы с техногенными отходами.

В 1995 г. в России действовала 61 доменная печь общим объемом 8737 м3. В 1994 г. эти печи произвели 36,5 млн т чугуна (против 57,1 млн т в 1998 г. - наивысшего показателя). Уменьшение объема производства подтверждает объективную тенденцию снижения потребления металла в России до величин, прогнозируемых нами.

Таким образом, впервые в Российской Федерации появился резерв мощностей по черным металлам, составляющий около 20 млнт чугуна и 40 млн т стали. Без серьезных капиталовложений значительную часть этих мощностей можно пере ориентировать для переработки отходов, хранение которых экологически опасно.

Прежде всего - это отходы энергетики, в первую очередь золошлаковые отходы. Предварительное окускование зол в восстановительных условиях с переводом подавляющего числа элементов в металлическое состояние и заключительная плавка в плавильном агрегате с получением полиметаллической лигатуры позволяют снять экологическую напряженность территории и получить вполне безопасный вторичный металлический ресурс либо в режиме хранения, либо в режиме селективного извлечения отдельных компонентов.

Оценивая общие возможности металлургических методов переработки техногенных отходов, можно считать достаточно вероятной возможность ориентировать свободные мощности металлургической промышленности на переработку отходов следующих отраслей народного хозяйства: энергетики, машиностроения, топливных отраслей, химической, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной.

Отходы этих отраслей вкупе с собственными отходами металлургиче­ских предприятий составляют 70% всех промышленных отходов, требующих пер во очередной переработки.

Вполне пригодны металлургические агрегаты для переработки твердых бытовых отходов и осадков сточных вод. Особо важно при этом иметь в виду, что при таком методе переработки отходов не образуются вторичные вредные выбросы.

Для переработки отходов можно использовать устаревшие маломощные металлургические агрегаты, которых в России много на предприятиях металлургической и машиностроительной отраслей. Такие предприятия зачастую сосредоточены в небольших городах и являются основным источником рабочих мест для населения этих городов. В основном эти предприятия убыточны, однако их закрытие обостряет социальную проблему в связи с опасностью безработицы. Между тем они позволяют гибко менять номенклатуру перерабатываемых отходов и вид получаемой продукции, что представляет трудности для крупных предприятий.

Утилизация отходов, кроме этого, во многом решает экологические проблемы, так как отходы занимают территорию (только под свалки ТБО отчуждено более 10 тыс. га земель), отравляют почву и воду, развеиваются и переходят в воздушные массы.

Таким образом, утилизация отходов в свете решения вопросов сбережения материальных ресурсов и стабилизации экологического состояния планеты превращается в одну из основных проблем ХХI в.