Одной из особенностей научно-технической революции является интенсификация всех хозяйственных процессов, заключающаяся в внедрении новых высокопроизводительных процессов и оборудования, качественно изменяющих техническую базу производства, и в ускоряющихся темпах роста производительности труда.
На протяжении многих столетий искусственные, т. е. антропогенные, источники загрязнения окружающей среды не оказывали заметного воздействия на экологические процессы, хотя некоторые отрасли индустрии, в частности металлургия и обработка металлов, были довольно широко распространены еще до нашей эры. Наибольшее значение в те времена имели производства металлов (меди, серебра, золота, свинца, олова, железа, сурьмы, ртути), стекла, мыла, гончарных изделий, красок, хлеба, вина и некоторых других продуктов. Как правило, указанные продукты получали в результате окислительно-восстановительных реакций, условия протекания которых определялись эмпирическим путем. В атмосферу выделялись такие соединения, как окислы углерода, серы и азота, пары металлов, особенно ртути, в водоемы — отходы красильных и пищевых производств.
Для того чтобы представить, какими материальными ресурсами, используемыми в сфере производства, оперирует химическая промышленность и сколько готовой продукции выпускает она в сферу потребления, достаточно сказать, что в ее состав входит около 20 подотраслей. В их числе азотная, хлорная, содовая, основная, фосфорная, калийная, иодобромная и химико-фотографическая подотрасли, производства органических красителей и продуктов тяжелого органического синтеза, волокон, пластических масс, товаров бытовой химии и др. Многие из перечисленных подотраслей выпускают продукцию, исчисляемую миллионами тонн в год. Большинство производств характеризуется весьма сложной технологией, в процессе производства образуются различные отходы, часть из которых используется или складируется, либо теряется с отходящими газами, сточными водами и в виде твердых продуктов. Всего в химической промышленности насчитывается около 800 наименований отходов, из них полностью или частично используется лишь около 30%. Непрерывный рост химической промышленности неизбежно ведет к увеличению объемов образующихся отходов и затрат на их складирование, концентрирование, утилизацию, улавливание и обезвреживание.
Определение нормы отходов при химической переработке сырья рассмотрим на примере производства простого суперфосфата.Материальный баланс процесса получения гранулированного суперфосфата представлен на рис. 5.
Из всего многообразия отходов и побочной продукции химической промышленности в номенклатуру вторичных материальных ресурсов включено около 120 видов, имеющих промышленное значение и обладающих специфическими особенностями отдельных групп химических материалов. Ниже приведены данные о некоторых наиболее важных отходах и побочных продуктах химических производств, а также данные об их использовании.
В мировой практике наиболее широко применяются следующие способы обезвреживания и захоронения промышленных отходов: биологическое окисление и физико-химическая очистка; термическая обработка; складирование в поверхностных хранилищах; захоронение жидких отходов в глубинные формации и подземные полости естественного или искусственного происхождения; захоронение токсичных веществ в поверхностные слои земли; обработка при высоком давлении и повышенной температуре; сброс отходов в глубинные части морей и океанов; захоронение отходов в наземных герметичных резервуарах. В химической промышленности наибольшее распространение получили первые четыре метода, остальные используются лишь в отдельных случаях.
Сброс неочищенных промышленных или бытовых сточных вод в водоемы приводит к различным отрицательным последствиям. Загрязненные водоемы не могут служить источниками водоснабжения как бытового, так и хозяйственного назначения. Загрязнение их растворимыми и нерастворимыми веществами (кислотами, щелочами, ядохимикатами, солями тяжелых металлов, жирами, маслами и т. д.) приводит к образованию шламовых донных отложений, прекращению доступа кислорода из атмосферы и ухудшению санитарного состояния водоемов, полному или частичному загниванию воды или такому изменению ее состава, которое сопровождается полной или частичной гибелью водной фауны и флоры. Вода загрязненных водоемов может стать источником таких заболеваний, как брюшной тиф, дизентерия, холера и др.
При биологическом обезвреживании бытовых и промышленных сточных вод, содержащих органические соединения, образуются большие количества осадка избыточного активного ила. Так как практически все сточные воды, содержащие органические продукты, подвергают обезвреживанию на биоочистных сооружениях, обработка и утилизация образующихся шри этом осадков приобретают все большее значение.
Во многих отраслях промышленности, в том числе и химической, все большее применение находит огневой метод обезвреживания сточных вод. В ряде производств, как уже неоднократно отмечалось выше, образуются отходы, содержащие наряду с токсичными органическими веществами другие органические и неорганические соединения металлов и неметаллов. Переработка и обезвреживание этих отходов механическими, биологическими, химическими, физико-химическими, радиационными и другими методами не дает удовлетворительных результатов.
Одним из основных способов захоронения крупно-тоннажных твердых, жидких и пастообразных отходов химических производств является их складирование в поверхностных хранилищах. Однако это сопряжено с отчуждением значительных полезных площадей земли, а также загрязнением больших площадей, поверхностных и подземных вод. Примерами могут служить свалки промышленных отходов, хранилища фосфогип-са, пиритного огарка, шламонакопители дистиллерной жидкости и др.
В «Основах законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах» сказано (ст. 9), что «захоронение вредных веществ и отходов производства, сброс сточных вод является одним из видов пользования недрами... Предоставление недр для захоронения вредных веществ и отходов производства, сброса сточных вод допускается только в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований и условий». Таким образом, подземное захоронение промышленных отходов (жидких и твердых) следует рассматривать как метод крайне ограниченного применения.
Повышение эффективности общественного производства — одна из основных задач, поставленных Коммунистической партией и советским правительством перед нашим народом. Курс на повышение эффективности производства выдвигает ряд новых задач перед экономической наукой. Одной из таких задач является взаимодействие хозяйственной деятельности человека и окружающей среды.
Наряду с определением полного экономического эффекта за относительно продолжительный промежуток времени необходимо оценивать годовой экономический эффект от внедрения комплекса оздоровительных мероприятий.
Определение капитальных и эксплуатационных затрат на мероприятия для охраны окружающей среды от загрязнения необходимо не только при расчете экономической эффективности охраны природы отдельными предприятиями. Выделение капитальных затрат на мероприятия по защите среды необходимо также для определения дополнительных средств сверх обычных расходов на производство конечного продукта в условиях данного предприятия, размера отчислений за платность фондов и т. д.
При проектировании гидроэнергетических комплексов были рассмотрены такие методы распределения капитальных вложений: по ведущему объекту; пропорционально годовому количеству воды, сырья, топлива и других ресурсов, потребляемых каждым объектом; пропорционально капиталовложениям на каждый объект при изолированных вариантах их строительства; пропорционально экономическому эффекту, получаемому каждым объектом, исходя из равного для комплекса в целом и каждого объекта в отдельности проектного срока окупаемости дополнительных капиталовложений.
Под экономическим ущербом подразумеваются фактические или возможные потери, урон или отрицательные изменения природы, которые обусловлены загрязнением окружающей среды и могут быть выражены в денежной форме. В дальнейшем будем рассматривать только экономический ущерб.
Теоретический анализ последствий загрязнения окружающей среды, изучение вопросов оценки ущерба, в том числе экономического, и создание на базе этих исследований методических основ определения экономической эффективности капиталовложений в природоохранные мероприятия невозможны без достаточного знания процессов, происходящих под воздействием загрязнения в живой природе и объектах, созданных человеком. Экономическая наука в области защиты окружающей среды переживает в настоящее время стадию накопления знаний и создания информационной базы. Информация об изменениях равновесного состояния экологической системы является фундаментом для построения методик практического расчета экономического ущерба.
В настоящее время на химических предприятиях нашей страны проводится большая работа по охране атмосферы. Расчет снижения ущерба, причиняемого народному хозяйству при уменьшении выбросов в атмосферу, показан на примере отдельного предприятия.
Угольная промышленность . . Жилищно-коммунальное хозяйство .Строительство и промышлен ность стройматериалов . .Сельское хозяйство . Местная промышленность . Лесная и деревообрабатываю щая промышленность . .
Как уже говорилось, мероприятия, направленные на предотвращение загрязнения и оздоровление воздушного бассейна, должны быть экономически оценены, т. е. необходим способ быстрого определения возможного и предотвращенного ущербов в любом предлагаемом варианте. Для этого нужно выбрать экономические показатели, которые отражали бы величину ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязняемого района, и позволяли бы рассчитывать экономическую эффективность защиты воздушного бассейна от вредных выбросов при производстве различной продукции.
Рассматривают установившееся загрязнение от трех ингредиентов — пыли, сернистого ангидрида и окиси углерода. Весь загрязненный район в зависимости от количества веществ, выбрасываемых предприятием в атмосферу, обычно делят на четыре зоны. Число зон зависит от объема выброса данного ингредиента и некоторых других характеристик (табл. 7).
Рассмотрим расчеты для определения экономической эффективности защиты окружающей среды от загрязнения и от использования отходов производства на конкретных примерах.Коэффициент, учитывающий соотношение темпов роста заработной платы и производительности труда . .
Рассмотрим вначале эффективность уменьшения количества отходов, а уже затем безотходных производств.Экономический эффект от снижения отходов слагается из непосредственного эффекта от возвращения отходов производства и потребления в кругооборот процесса воспроизводства, предотвращенного социально-экономического ущерба из-за загрязнения окружающей среды, региональных экономических преимуществ, сопутствующих концентрации, специализации и т. д.
Как уже было показано в предыдущих главах, индустриальные выбросы всех видов, поступающие в окружающую среду, воздействуют на элементы биосферы. В исторической ретроспективе сброс отходов был пока относительно небольшим и не влиял существенно на экологическое равновесие в природе. Исключение составлял сброс бытовых отходов без канализации, что вплоть до XIX в. приводило к вспышкам эпидемий, уносивших миллионы человеческих жизней. Однако бурное промышленное развитие привело к тому, что распространение предприятий и рост их мощности вызвали выброс такого количества отходов, с которым природные системы оказались не в состоянии справиться. По данным современных исследований, сброс, например, 1 м3 неочищенных сточных вод может надолго вывести из строя более 10 м3 воды поверхностных источников.
Выпуск синтетического аммиака в мире в 1970 г. составлял 33 млн. т, в 1975 г. — около 50 млн. т.Совершенствование производства синтетического аммиака идет по пути создания агрегатов большой единичной мощности. Если в послевоенные годы эксплуатировались установки производительностью 50—60 т аммиака в сутки, то сейчас работают агрегаты мощностью 1360 т/сутки и проектируются агрегаты мощностью около 3000 т/сутки.
Современные технологические схемы получения удобрений из фосфатного сырья базируются в основном на разложении обогащенной руды кислотой или смесью кислот. Технология получения обесфторенных фосфатов, используемых в качестве кормовых добавок для скота, основана на высокотемпературной обработке, а технология получения желтого фосфора — на восстановлении фосфатного сырья углеродом при высоких температурах.
Определенную долю в общий баланс выбросов соединений серы в атмосферу вносят предприятия, производящие серную кислоту. Эти выбросы не только наносят вред окружающей среде, но и приводят к уменьшению выработки готовой продукции. Помимо потерь сернистого ангидрида с отходящими газами происходит загрязнение водоемов сбросными водами, использовавшимися для охлаждения продукционной кислоты, а вместе с ними теряется примерно 40% от общего количества тепла, выделяющегося при проведении процесса.
Бихромат натрия — один из важных продуктов современного основного химического производства. Ежегодное мировое производство этого соединения, используемого как полупродукт для получения различных соединений хрома, превышает 1 млн. т.
Кальцинированная сода относится к тем видам продукции химической промышленности, которые потребляются в больших количествах многими отраслями промышленности.Ежегодное мировое производство превышает 20 млн. т соды, из которых около 5 млн. т приходится на нашу страну. Годовые темпы роста производства кальцинированной соды относительно невелики и составляют около 2,7%. К 1990 г. мировое производство соды возрастет до 40 млн. т.
Каустическая сода — один из важнейших видов продукции химической промышленности. Выпуск каустической соды во всем мире увеличивается, что связано с ростом ее потребления в производствах искусственных волокон, бумаги и др. В промышленности каустическую соду получают электролизом раствора поваренной соли с ртутным катодом или диафрагмой. В США, например, 2/з продукции получают диафрагменным способом. В нашей стране наибольшее применение нашел метод электролиза с ртутным катодом, так как получаемый продукт отличается высокой степенью чистоты. Кроме того, данный метод более экономичен в сравнении с диафрагменным. Существенным недостатком метода является образование весьма токсичных ртутьсодержащих отходов. Такие же отходы образуются и при производстве ацетальдегида. Органические соединения ртути весьма опасны, так как являются протоплазменными ядами.
При решении задачи наиболее полного удовлетворения населения товарами народного потребления одно из ведущих мест отводится промышленности химических волокон. За период с 1960 по 1975 г. среднегодовой темп прироста выпуска химических волокон составил 11,4%, в том числе синтетических волокон 25,3%. В 1975 г. в стране выработано 935 тыс. т волокон. Значительно возрос объем производства извитого высокопрочного и матированного вискозного штапельного волокна, налажен выпуск текстурированных синтетических и искусственных нитей, штапельного волокна в жгуте, волокон плоского сечения для изготовления меха. Объем производства химических волокон в десятой пятилетке запланировано увеличить в 1,6 раза, доля синтетических волокон должна быть повышена с 39 до 53%.
Выпуск синтетических смол и пластических масс в нашей стране за последнее десятилетие дважды удваивался, в дальнейшем сохранится такая же тенденция, причем с каждым годом появляется все больше новых полимеров с различными свойствами. Важнейшими по масштабам производства являются полиамидные материалы, в частности капрон и нейлон, используемые для изготовления шинного корда, технических изделий и товаров бытового назначения. Основными полупродуктами при получении полиамидных материалов являются капролактам, адипиновая кислота и гексаметиленди-амин.
Одним из важнейших преимуществ пластмасс по сравнению с другими материалами является возможность получения материалов с заданной комбинацией свойств. Возрастание доли пластмасс в общем потреблении конструкционных материалов — одно из главных направлений научно-технического прогресса.
Одной из особенностей химизации народного хозяйства является расширяющееся применение синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ), производство которых в промышленном масштабе началось с 1917 г. Уже в 1975 г. в мире производилось около 6,3 млн. т ПАВ, в 1980 г. ожидается около 9 млн. т, что в 6 раз превысит производство 1965 г. Причем следует отметить резкое увеличение темпов среднегодового производства со 170 тыс. т в 1970 г. до 640 тыс. т в 1975 г. и около 720 тыс. т в период 1975—1980 гг.
Как уже говорилось, развитие безотходных химикотехнологических процессов в различных отраслях промышленности зависит от расширения использования энерготехнологических методов, от увеличения энерговооруженности производства. Таким образом, для обеспечения экологической безопасности промышленности необходим опережающий рост выработки электрической энергии, т. е. развитие теплоэнергетики, гидроэнергетики, атомной и прочих видов энергетики (гелиоэнергетика, использование приливов, геотермальная энергетика, ветроэнергетика).
При сжигании сланцев для получения электрической энергии образуется большое количество летучей золы и твердого остатка, так как минеральная часть углей составляет около 40% от всей массы. Часть золы используют в сельском хозяйстве и в промышленности строительных материалов, остающуюся же часть направляют в отвалы, которые занимают значительные площади земли.
Накопление осажденных из электролитов металлов в почве ведет к повышению их концентрации в растениях и снижению урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, как показали результаты научных исследований, применение удобрений, содержащих микродобавки меди и цинка при определенных условиях повышает урожай зерновых культур и улучшает качество продукции. Например, возрастает содержание белка в зерне злаковых культур, витаминов в овощах, фруктах и ягодах.
В последние годы все большее значение придается видам сырья, носящим антропогенный характер, среди которых в первую очередь следует отметить бытовые, или правильнее, коммунальные отходы. В последние десятилетия количество этих «старых как мир» отходов заметно возросло. Например, в г. Москве ежегодно образуется несколько миллионов тонн таких отходов. В отличие от видов природного ископаемого сырья состав отходов отличается крайним разнообразием. По данным председателя отделения твердых отходов Американского общества инженеров-механиков, в настоящее время в среднем состав городских коммунальных отходов можно охарактеризовать следующим образом: бумага 55% (в том числе газеты 12%, картон 11%, прочая 32%), металл 9% (в том числе черные металлы 7,5%, цветные — 1,5%), пищевые отходы 14%, зелень, кустарники 5%, древесина 4%, стекло, керамика 9%, пластики 1—3%, зола, пыль, грязь 3%, общее содержание влаги около 30%.
Социалистические страны — члены СЭВ и СФРЮ приняли в 1974 г. «Общую развернутую программу сотрудничества стран — членов СЭВ и СФРЮ на период до 1980 г. в области охраны среды и связанного с этим рационального использования природных ресурсов». Эта программа представляет собой по сути дела координационный план научных исследований практически по всем основным направлениям. В «Общей развернутой программе», к выполнению которой привлечены постоянные отраслевые комиссии СЭВ, большое место отведено работам по развитию и внедрению безотходных технологических производств. В частности, разрабатываются рекомендации по максимальному применению оборотных вод на предприятиях химической и легкой промышленности, цветной и черной металлургии, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности, способы многократного использования травильных растворов после очистки их электрохимическим и ионообменными методами и др. Для координации усилий социалистических стран по выполнению «Общей развернутой программы сотрудничества стран—членов СЭВ и СФРЮ на период до 1980 г. в области охраны и улучшения окружающей среды» в Комитете по научно-техническому сотрудничеству СЭВ создан специальный Совет по вопросам охраны окружающей среды. Этот Совет поочередно возглавляет один из представителей социалистических стран. Руководителем советской части является вице-президент Академии наук СССР А. В. Сидоренко.
Для развития народного хозяйства большое значение имеет решение территориальных вопросов использования различных видов ресурсов, поскольку природные условия страны отличаются большим разнообразием. В материалах XXV съезда КПСС обращено серьезное внимание на создание территориально-производственных комплексов (ТПК) как основной хозяйственной единицы, призванной с наибольшей эффективностью окупать экономические затраты. В числе ТПК, развивающихся наиболее интенсивно, названы комплексы Западной Сибири, Тимано-Печорский, Южно-Якутский, Саянский, Южно-Таджикский. Продолжают развиваться комплексы: Курской магнитной аномалии, Павлодар-Экибастуз-ский, Каратау-Джамбулский, Мангышлакский и Оренбургский.
Создание безотходного территориального цикла в индустриальных центрах, где историческое развитие промышленности определялось различными факторами, но лимитировалось количеством отходов, находится в особом положении. В результате такого развития номенклатура отходов городских предприятий насчитывает множество различных химических веществ.
В период научно-технической революции все больше средств вкладывается в изучение Мирового океана, являющегося перспективным источником природных ресурсов. Одновременно мировой океан выполняет функции регулирующего механизма процессов, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность всех биологических организмов, в том числе и человека.