Человечество в результате своей деятельности пришло к пониманию того, что необходимо внедрение технологических процессов, дающих минимальные выбросы, при которых самоочищающаяся способность природы в достаточной степени будет препятствовать возникновению необратимых экологических изменений. Специалистами было предложено определение безотходной технологии, которое принято как основное для дальнейшего использования:

Безотходная технология – это практическое применение знаний, методов и средств для обеспечения в рамках человеческих потребностей рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты окружающей среды.

Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной мере, но с развитием технического прогресса все больше приближается к идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой (БТС) следует понимать такое производство, в результате деятельности которого не происходит выбросов в окружающую среду. Безотходное производство представляет совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие отходов на окружающую среду.

Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов. Малоотходная технология представляет собой промежуточную ступень безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового продукта с не полностью утилизируемыми отходами.

Задачи по реализации безотходной технологии вытекают из следующего:

ü наибольшая часть загрязнений окружающей среды является следствием недостаточного развития промышленной технологии;

ü неиспользованные отходы производства – это потери природных ресурсов;

ü получение и использование вторичного сырья (отходов) с увеличением потребности в естественных материалах может стать важным источником повышения производительности общественного труда;

ü предпосылкой для рационализации промышленной технологии является выработка технико-экономических решений по «замкнутым» технологиям (кругооборот материалов);

ü единый и экономичный путь решения основных проблем в области обмена веществ между человеком и природой должен осуществляться в масштабах государства.

Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что безотходная технология может развиваться в четырех основных направлениях:

1) создание различных видов бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых и перспективных способов очистки. При этом достигается резкое уменьшение потребления воды, но, как правило, образуется вторичное загрязнение в виде твердых осадков или насыщенных растворов;

2) разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые следует рассматривать не как экологическую нагрузку, а как BMP. Необходимо учитывать, что при эксплуатации современных систем водо- и газоочистки образуются твердые отходы, представляющие собой сложную концентрированную смесь загрязняющих веществ;

3) организация принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить этапы переработки или технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов;

4) разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри ТПК, имеющих минимум выбросов.

Выделение токсичных компонентов из отходящих газов и сточных вод осуществлялось в основном для перевода этих компонентов в безвредную форму и редко сочеталось с их повторным использованием. Во многих случаях пытались уменьшить концентрацию токсичных отходов при выводе их в биосферу. Меры по сокращению отходов и отходящего тепла при производстве продукции, а также по вторичному использованию этих отходов реализовались преимущественно в целях экономии материалов и энергии и не рассматривались как меры по охране окружающей среды.

Постоянное увеличение использования естественных ресурсов, усиленное загрязнение окружающей среды требуют реализации стратегии безотходной технологии. Основы этой технологии заключаются в том, что неиспользованные отходы производства одновременно являются не полностью использованными природными ресурсами и источником загрязнения окружающей среды. Снижение количества используемых отходов по отношению к количеству изготавливаемой продукции позволит произвести больше изделий из того же количества сырья и явится вместе с тем действенной мерой охраны окружающей среды.

Биосфера дает природные ресурсы, из которых в сфере производства изготавливаются изделия, при этом образуются отходы. Во многих случаях после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье или как вторичные носители энергии. Если по техническим или технологическим причинам это невозможно или экономически невыгодно, то их необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.

Предложено общее уравнение баланса по сферам производства и потребления:

R = A(1 — S_m) + S, .

где R – расход природных ресурсов, кг/с; А – образующееся в сферах производства и потребления количество отходов, кг/с; S_m – средний коэффициент использования отходов, кг/кг; S – количество веществ, накапливающихся в сферах производства, кг/с.

Снижение удельного неиспользуемого количества отходов производства A (1 — S_m) и тем самым удельного расхода природных ресурсов возможно за счет уменьшения образующегося удельного количества (А) отходов производства или за счет повышения коэффициента использования отходов (S_m). Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Первичная цель безотходной технологии – настолько уменьшить выводимый в единицу времени в биосферу поток массы неиспользуемых отходов, чтобы сохранилось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось наличие основных природных ресурсов.

Конечное достижение безотходности производства обусловливается наличием n  количества ступеней переработки отходов всех видов. Система становится безотходной, когда на n-й стадии выделяется такое количество отходов, которое не оказывает заметного отрицательного воздействия на окружающую среду. Если отходы на некоторых ступенях направляются снова на переработку, в начальной стадии получается БТС закрытого или частично закрытого типа.

Основные рекомендации по элементам БТС можно представить в следующем виде:

· сырье, полуфабрикаты, энергия, средства охлаждения: максимально использовать отходы и отходящее тепло; минимально использовать сырье, полуфабрикаты и рабочую энергию при добыче и изготовлении которых образуются относительно большие количества ПО и отходящего тепла или которые имеются лишь в ограниченном объеме (например, электроэнергия или охлаждающая вода); насколько возможно, избегать использования сырья, содержащего высокую долю бесполезных примесей;

· техническое оборудование: использовать технические устройства с продолжительным сроком службы и малой массой, изготовленные в соответствии с требованиями безотходной технологии; использовать технические устройства оптимального принципа действия, например, с высокой степенью отделения или с высоким коэффициентом тепло- и массопередачи, при минимальной потере давления и малых потерях тепла;

· основные процессы: использовать неэнергоемкие процессы с высокой избирательностью; применять высокоэффективные каталитические процессы;

· технологическая схема: применять принцип противотока или циркуляции; избегать принципа прямотока и смешения;

· параметры процесса: выбирать оптимальные температуры ре­акции; выбирать малые движущие силы; исключать предельные технологические параметры, например, температуры и давления;

· изделия: закладывать в конструкцию (состав) изделия малую удельную массу;, предусматривать продолжительный срок его службы, а также минимальное образование отходов и отходящего тепла при его использовании; обеспечивать пригодность износившегося (израсходованного) продукта в качестве вторичного сырья (вторичного носителя энергии);

· отходы, отходящее тепло: получать отходы в утилизируемой форме.

Поскольку эти требования частично противоречат друг другу, а частично не реализуемы из-за отсутствия возможностей, то для каждого технологического процесса необходимо искать оптимум с учетом производительности труда и экономии.

Одним из перспективных, выгодных и развивающихся направлений использования ПО, входящих в систему безотходных технологий, является обмен ими как между предприятиями внутри стран, так и между государствами с целью использования их в подходящих технологических процессах. Так, широко развит экспорт и импорт полимерных отходов в странах ЕЭС, а также Австрии, Швейцарии и Скандинавских странах. Особым спросом пользуются отходы полимеров: полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида и ацетата целлюлозы. Ведущее положение в европейском обмене отходами занимают Италия (ежегодный импорт составляет свыше 90 тыс. т полимерных отходов), ФРГ (экспорт 65 тыс. т) и Франция (экспорт 50 тыс. т). Япония, Китай и другие страны большую часть потребности в металле удовлетворяют за счет ввоза металлолома из других стран. Китай для производства бумаги ввозит мусор из США.

В настоящее время в странах Западной Европы и США существует два типа посреднических бирж: биржи, поставляющие информацию о количестве отходов, их качественном составе и способах переработки, и биржи, которые непосредственно осуществляют обмен отходами путем нахождения соответствующего потребителя.

Успешное функционирование таких систем, по-своему замыкающих цикл безотходных технологий, возможно на основе автоматизированных средств связи и управления, осуществляющих свои операции в межгосударственных масштабах или в пределах промышленного района. Так, с середины 1970-х годов в ФРГ и Франции путем посредничества бирж между предприятиями реализуются отходы древесины, бумаги, картона, металлов и других ПО. Несмотря на сравнительно небольшие пока контакты между поставщиком и потребителем, такие биржи являются экономически выгодными для государства. Об этом же говорит опыт США и Японии, где действует широкая сеть посреднических бирж, способствующих внедрению прогрессивных технологических процессов обезвреживания и переработки промышленных отходов и обмену отходами между предприятиями.

Для рационального управления комплексной системой сбора, транспортирования, обезвреживания и утилизации отходов и загрязнений в масштабах промышленного региона, отдельной страны или группы стран необходимо иметь оперативную информацию о местонахождении отходов, их количестве, составе и свойствах, возможностях утилизации или обезвреживания. Информационно-поисковые системы позволяют определить и наладить связи «отходы — сырье», «поставщик — потребитель». Координационные центры по взаимному обмену промышленными отходами с целью их дальнейшей утилизации, например, успешно функционируют в Японии.

Резервы безотходных технологий огромны. Подсчитано, что в расчете на душу населения у нас в стране за год перерабатывается до 20 т различного природного сырья, при этом в готовую продукцию переходит всего лишь 5…10 %, все остальное – отходы, неиспользованная часть сырья. В процессе эксплуатации промышленной продукции, по мере износа или морального старения, она также переходит в категорию отходов потребления. Таким образом, практически весь объем взятых у природы материалов возвращается ей, но уже с новыми свойствами, которые приводят к нарушению экологического равновесия.

Анализ результатов научно-исследовательских работ, проведенный рядом институтов страны, показывает, что практически все виды отходов производства и потребления могут быть использованы в народном хозяйстве в качестве вторичного сырья для получения многих видов товаров технического назначения и народного потребления. Реальность и техническая целесообразность использования отходов доказана, например, практикой работы многих отечественных и зарубежных предприятий различных отраслей промышленности.

В настоящее время все большее значение для использования отходов и отходящего тепла приобретают территориальные связи и сочетания различных технологических процессов с районами коммунального потребления. Так, во многих случаях представляется возможным использовать воду сначала для коммунально-бытовых целей, а затем после очистки, требующей относительно небольших затрат, употреблять на производственные цели.

Бессточная система промышленного использования воды является особым видом БТС, при которой не менее 90 % ее находится в водооборотном цикле и не более 10 % приходится на подпитку свежей водой. При этом необходимо, чтобы количество продувочных вод, сбрасываемых из системы в водоем или на очистные сооружения, не превышало 5 % находящихся в водообороте.

Бессточные системы, в свою очередь, подразделяются на системы с полной утилизацией компонентов или без утилизации, т.е. со складированием в специальных емкостях, накопителях или с закачкой в подземные горизонты. Примером бессточной системы промышленного использования воды могут служить разработанные МосводоканалНИИпроектом и внедренные во многих автохозяйствах страны водоочистные установки «Кристалл», которые работают по замкнутому циклу и позволяют экономить сотни тысяч кубометров ценной питьевой воды.

Экономическая оценка эффективности БТС заключается в определении экономического эффекта от утилизации и переработки отходов на всех стадиях, включая и другие отрасли, а также в расчете предотвращенного ущерба окружающей среде на основе сопоставления БТС и предприятий с традиционной технологией.

Исходя из всего сказанного можно заключить, что дальнейшее развитие экономики в природоохранном аспекте тесно связано с решением проблем более полного использования природных ресурсов и с созданием рециркуляционных материальных и энергетических потоков.

С технологической точки зрения для внедрения безотходных и малоотходных производств непременно потребуется создание новых материалов и веществ, например новых мембранных материалов, ионообменных смол, синтетических флокулянтов, химических реагентов, а также аппаратов и приборов, которые позволят усовершенствовать или интенсифицировать различные процессы разделения сред, обезвреживание и утилизацию отходов. Для расширения масштабов внедрения безотходных технологических процессов необходимо дальнейшее совершенствование способов использования отходов, а также методов экономического стимулирования с целью повышения заинтересованности работников различных отраслей промышленности в подготовке отходов к последующей переработке и утилизации. Немаловажным стимулом является также плановое уменьшение предприятием потребления природного сырья и переход на использование вторичных материальных ресурсов.

Для организации малоотходных и безотходных промышленных производств исключительное значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промышленности. Наиболее благоприятные возможности для кооперирования производств складываются в условиях территориально-производственного комплекса, где планово формируется совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных пропорционально развивающихся объектов различных отраслей народного хозяйства. Эти объекты созданы для совместного решения одной или нескольких определенных народнохозяйственных проблем, выделяются размерами производства и четкой специализацией в масштабах страны и своего экономического района. Они сконцентрированы на ограниченной, обязательно компактной территории, обладающей необходимым набором и количеством ресурсов, достаточных для решения соответствующих заданий.

Кроме того, они эффективно (с позиций народного хозяйства) используют местные и полученные извне ресурсы, обеспечивают охрану окружающей среды, имеют единую производственную и социальную инфраструктуру.

Экономические преимущества при правильном и оптимальном развитии промышленного производства допускают выгодное и целесообразное транспортирование отходов на относительно небольшие расстояния в пределах ТПК, что облегчает решение многих вопросов, связанных с территориальным размещением предприятий.

Комплексное развитие ТПК протекает путем постепенной организации связанных друг с другом производств, при которой продукция одного предприятия становится сырьем или полуфабрикатом для другого. При этом происходит совершенствование отдельных производств с целью сокращения потребления энергии, воды, а также повышения производительности труда и увеличения комплексности переработки первичного сырья.

Создание малоотходных и безотходных ТПК является важным направлением развития народного хозяйства, рационального использования природных ресурсов и сохранения экологического равновесия.