Безотходные производства в химической технологии (безотходная технология), осуществляются по оптимальным технологическим схемам с замкнутыми (рециркуляционными) материальными и энергетическими потоками, не имеют сточных вод (бессточные производства), газовых выбросов в атмосферу и твердых отходов (безотвальные производства). Термин "безотходные производства" носит условный характер, т.к. в реальных условиях из-за несовершенства современной технологии невозможно полностью исключить все отходы и воздействие производства на окружающую среду. При безотходных производствах наиболее рационально используются природные и вторичные сырьевые ресурсы и энергия с минимальным ущербом для окружающей среды.
В концепцию безотходности производства значительный вклад внесли советские ученые (А. Е. Ферсман, Н. Н. Семенов, И. В. Петрянов-Соколов, Б. Н. Ласкорин и др.). По аналогии с природными экологическими системами безотходные производства базируются на техногенном круговороте веществ и энергии. Необходимость в создании безотходные производства возникла в 50-х гг. 20 в. в связи с истощением мировых природных ресурсов и загрязнением биосферы в результате бурного развития, наряду с химизацией сельского хозяйства и ростом транспорта, ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей промышленности (переработка нефти, химическая промышленность, ядерная энергетика, цветная металлургия и др.).
Согласно представлениям Д. И. Менделеева (1885), мерой совершенства производства является количество отходов. С развитием науки и техники каждое производство все более приближается к безотходному. На данном этапе к безотходным производствам относятся, по существу, малоотходные производства, в которых только небольшая часть сырья превращается в отходы. Последние подвергают захоронению, обезвреживанию или направляют на длительное хранение с целью их утилизации в перспективе. В малоотходных производствах выбросы вредных веществ не превышают ПДК, а также уровня, при котором предотвращаются необратимые экологические изменения (см. Охрана природы).
Основные направления создания малоотходных производств на отдельном предприятии или в целом промышленном регионе: экологически безопасная подготовка и комплексная переработка сырья в сочетании с очисткой вредных выбросов, утилизацией отходов, оптимальным использованием энергии, водо- и газооборотных циклов; применение так называемых коротких (малостадийных) технологических схем с макс. извлечением целевых и побочных продуктов на каждой стадии; замена периодических процессов непрерывными с использованием автоматизированных систем управления ими и более совершенного оборудования; широкое вовлечение в производство вторичных ресурсов.
Развитие химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и ряда др. отраслей промышленности связано с разработкой так называемых энерготехнологических схем - систем большой единичной мощности. Последние наряду с максимальным использованием сырья и энергии обеспечивают высокоэффективную очистку сточных вод и газовых выбросов в атмосферу благодаря применению безводных технологических процессов, водо- и газооборотных (включая воздухооборотные) циклов, которые экологически и экономически целесообразнее, чем соотв. прямоточное водоснабжение и газов очистка до санитарных норм.
Оптимальное использование сырьевых ресурсов достигается их комплексной переработкой. Примеры: хим. переработка твердых топлив (см. Коксохимия), нефти (см. Нефтепереработка), апатито-нефелиновых, фосфорито-апатитовых, полиметаллических руд и т.д. Например, при комплексной переработке апатито-нефелиновых руд помимо фосфатов получают также др. ценные продукты. Так, в СССР впервые в мире разработана и осуществлена технология переработки нефелинов - отходов обогащения апатитов. В результате на 1 т глинозема получают 0,2-0,3 т К2СО3, 0,60-0,75 т Na2CO3 и 9-10 т цемента. Такая технология в сочетании с замкнутым водооборотом и эффективной очисткой газов печей спекания и цементного производства обеспечивает минимальное количество отходов. Прогрессивный метод азотнокислотного разложения фосфоритов и апатитов при получении сложных удобрений (напр., нитроаммофоски) исключает образование фосфогипса – многотоннажного отхода производства этих удобрений сернокислотным способом. Наряду с азотно-фосфорными или азотно-фосфорно-калийными удобрениями получают SrCO3, CaCO3,
CaF2, NH4NO3, оксиды РЗЭ и др. Важные продукты.
Оптимальные использование энергоресурсов достигается рациональным расходованием их для технологических нужд на различных стадиях производства, а также утилизацией теплоты низкого потенциала (50-150°С) для обеспечения комфортных условий труда в промышленных и непроизводственных помещениях, для коммунально-бытового горячего водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, обогрева теплиц, водоемов и т.д. наиболее эффективно в химической промышленности энергоресурсы используют в современных энерготехнологических схемах производств NH3, слабой HNO3 и карбамида.
Прогрессивная форма организации безотходных производств - комбинирование разных технологических схем. Для химической промышленности особенно характерно применение отходов основного производства в качестве сырья вновь организуемых подчиненных производств. Так, производство NH3 совмещают, используя его отход - СО2, с производством карбамида на одном химическом предприятии. Другой типичный пример - объединение химического предприятия по производству H2SO4 с металлургическим, на отходах которого (флотационном колчедане и отходящих печных газах, содержащих SO2) оно базируется. Важная роль в утилизации твердых вторичных сырьевых ресурсов принадлежит промышленности строительных материалов. Например, доменные шлаки (практически полностью) и фосфогипс применяют для производства цемента, шлакоситаллов, минеральной ваты, шлаковой пемзы, гипсовых вяжущих и т.д.
Создание безотходные производства особенно эффективно на основе принципиально новых технологических процессов. Пример - бескоксовый, бездоменный метод получения стали, при котором из технологической схемы исключены стадии, в максимальной степени влиявшие на загрязнение окружающей среды: доменный передел, производство кокса и агломерата. Такая технология обеспечивает значительное снижение выбросов в атмосферу SO2, пыли и других вредных веществ, позволяет втрое уменьшить потребление воды и практически полностью утилизировать все твердые отходы.
Перспективно также применение, например, в гидрометаллургии сорбционных, сорбционно-экстракционных и экстракционных процессов, которые обеспечивают высокую избирательность извлечения различных компонентов, эффективную очистку сточных вод и отсутствие газовых выбросов в атмосферу. Так, экстракционные процессы используют для извлечения и разделения, например, Та и Nb, РЗЭ, Тl и In, а также при получении Аu высокой чистоты.
Важную роль в создании безотходных производств играет совершенствование аппаратурного оформления технологических процессов. Так, переход производства аммиака на агрегаты большой единичной мощности, воздушное охлаждение и турбокомпрессоры дал возможность наряду с улучшением использования тепловой энергии снизить расход оборотной воды (с 550 до 50-60 м3 на 1 т NH3), кол-во СО и оксидов в выхлопных газах до концентраций, предусмотренных санитарными нормами.
Мембранная аппаратура позволяет осуществить водооборот (напр., в целлюлозно-бумажном производстве); почти полностью извлекать синтезированный микроорганизмами белок из культуральных жидкостей в микробиологической промышленности; очищать сточные воды от избыточных количеств щелочей и кислот, не применяя трудоемкие операции их нейтрализации (например, в химических и химико-металлургических производствах), от радиоактивных отходов (например, на атомных электростанциях), от вредных для окружающей среды ПАВ и т.д.
Работы по созданию безотходных производств интенсивно проводятся во всех промышленно развитых странах. Проблемы безотходные производства нашли отражение в ряде международных соглашений, постановлениях партии и правительства СССР по вопросам охраны окружающей среды.
