§ 47. Химическая промышленность и окружающая среда

Определения и обозначения

Химическая промышленность — отрасль, превращающая природное сырьё и промежуточные продукты в вещества и материалы. Она производит, например, сырьё для изготовления удобрений, лекарств и полимеров. Её работа связана с использованием природных ресурсов: для производства нужны исходные вещества, вода и энергия. Поэтому оценивать значение отрасли важно вместе с тем, насколько рационально она расходует ресурсы.

Загрязнение окружающей среды — поступление в воздух, воду или почву веществ и отходов, изменяющих их природный состав и свойства. Само наличие вещества на предприятии ещё не означает загрязнения: оно становится проблемой, когда попадает в природную среду в опасном количестве или составе. Это определение помогает различать производственный процесс и его последствия для природы.

Отходы химического производства — побочные продукты и остатки сырья, образующиеся при производстве и требующие переработки, обезвреживания или безопасного размещения. Часть таких веществ может быть полезна и пригодна для повторного использования, а часть опасна и требует особого обращения. Понятие нужно, чтобы не считать отходом только бесполезный мусор и заранее планировать его дальнейшую судьбу.

Безотходное производство — организация технологического процесса, при которой отходы одного этапа используют как сырьё на другом, сокращая потери и загрязнение. На практике стремятся максимально уменьшить остатки, возвращать полезные вещества в цикл и безопасно обращаться с тем, что использовать нельзя. Этот подход нужен, чтобы снижать нагрузку на природу не только очисткой загрязнений, но и изменением самого производства.

Как это устроено

Химическая промышленность повышает уровень жизни, потому что поставляет материалы и вещества для множества сфер — от сельского хозяйства до медицины. Но каждый дополнительный объём продукции обычно требует новых порций сырья, воды и энергии. Если ресурсы извлекают и расходуют быстрее, чем возможно их восстановление или замещение, возрастает нагрузка на природу. Поэтому значение производства зависит не только от выпуска продукции, но и от эффективности использования ресурсов.

Воздействие начинается ещё до химической реакции: сырьё добывают, перевозят и подготавливают, а затем перемещают готовую продукцию. На этих этапах возникают пыль, утечки, шум и транспортные выбросы; добыча может нарушать почвенный покров и менять ландшафт. В самом производстве вещества вступают в реакции, и не всё исходное сырьё обязательно превращается в нужный продукт. Остатки и побочные вещества нужно улавливать, иначе они могут попасть в воздух, воду или почву.

Газовые выбросы и пыль распространяются в атмосфере и могут ухудшать качество воздуха или оседать на поверхности. Сточные воды переносят растворённые и взвешенные вещества в водоёмы, где меняются состав воды и условия жизни организмов. Твёрдые отходы занимают место при хранении, а при неправильном размещении загрязняющие вещества способны попадать в почву и далее в воду. Опасность всех этих воздействий определяется не только видом отхода, но и его составом, количеством, длительностью поступления и способностью распространиться.

Чтобы уменьшить выбросы, применяют оборудование, которое улавливает пыль и вредные газы или переводит часть веществ в менее опасную форму. Сточные воды очищают от примесей, после чего их можно повторно использовать в производстве, если качество воды этому соответствует. Твёрдые остатки сортируют и направляют на переработку, обезвреживание или безопасное размещение. Контроль технологического процесса помогает обнаруживать утечки и отклонения до того, как они приведут к значительному загрязнению.

Очистка необходима, но лучше не допустить появления лишних отходов, чем удалять их после попадания в окружающую среду. Комплексное использование сырья позволяет получать полезные вещества из разных его компонентов, а побочные продукты одного этапа направлять на другой. Это уменьшает потребность в новом сырье и снижает количество остатков, которые надо хранить или обезвреживать. Поэтому предотвращение потерь часто эффективнее одной только очистки: оно сокращает и загрязнение, и расход ресурсов.

Воздействие химического производства и способы его уменьшения

При работе с таблицей сначала определите, какой именно поток образуется на предприятии: газ, вода или твёрдый остаток. Затем проследите, куда он попадает и какое последствие может вызвать, и подберите меру для этого вида воздействия. Одно предприятие может нуждаться сразу в нескольких мерах, поскольку разные отходы требуют разных способов обращения.

Разбор задач

Задача 1

На предприятии образуются газовые выбросы, сточные воды и твёрдые остатки. Нужно распределить их по компонентам окружающей среды, которые они загрязняют, и предложить меру снижения воздействия для каждого вида. Сначала различим отходы по агрегатному состоянию, а затем соотнесём их с подходящей очисткой или переработкой. Следует учитывать, что твёрдые остатки тоже могут загрязнять воду и почву, если хранятся неправильно.

1. Газовые выбросы и пыль относятся прежде всего к загрязнению атмосферы; для них подходят улавливание пыли и очистка газов.
2. Сточные воды воздействуют на водоёмы, если поступают туда недостаточно очищенными; их нужно очищать, а при возможности возвращать в производственный цикл.
3. Твёрдые остатки загрязняют главным образом почву и могут стать источником загрязнения воды; их сортируют, перерабатывают или обезвреживают и размещают безопасно.

Ответ: выбросы связаны с воздухом, стоки — с водой, твёрдые отходы — прежде всего с почвой и, при неправильном хранении, с водой. Для каждого потока нужна своя мера; одной общей очистки для всех видов недостаточно.

Задача 2

Часть исходного сырья превращается в продукт, а часть остаётся в отходах. Нужно объяснить, как повторное использование побочных продуктов уменьшит расход сырья и количество отходов. Для этого проследим путь вещества: прежде оно покидало производство как остаток, теперь его можно направить на следующий этап. Такой подход возможен, если состав побочного продукта подходит для дальнейшего использования.

1. Определяем, какие вещества остаются после получения основного продукта и можно ли использовать их в другой технологической операции.
2. Если побочный продукт подходит, направляем его как сырьё на следующий этап или в другое производство вместо закупки новой порции вещества.
3. Сравниваем результат: меньше исходного сырья требуется извлечь и доставить, а меньше остатков нужно перерабатывать или размещать как отходы.

Ответ: повторное использование побочных продуктов замыкает материальный поток производства. Оно одновременно экономит ресурсы и сокращает образование отходов, если вещества действительно пригодны для нового процесса и обращаются с ними безопасно.

Задача 3

Предприятие выбирает между сбросом недостаточно очищенных вод и внедрением системы очистки с возвратом воды в производственный цикл. Сравним варианты не только по качеству стока, но и по расходу воды и использованию ресурсов. Сброс требует меньше оборудования, но переносит загрязнения в водоём и не позволяет повторно использовать воду. Возврат очищенной воды требует организации очистки, зато может уменьшить забор свежей воды.

1. Оцениваем первый вариант: недостаточно очищенный сток несёт примеси в водную среду, а предприятие продолжает нуждаться в новой воде для производства.
2. Оцениваем второй вариант: очистка снижает содержание загрязнителей, а возврат воды в цикл уменьшает потребность в свежем ресурсе.
3. Учитываем остатки очистки: их нужно контролировать и безопасно перерабатывать или обезвреживать, а качество возвращаемой воды должно соответствовать технологии.

Ответ: предпочтительнее очистка с возвратом воды, поскольку она снижает загрязнение водоёма и расход воды. Решение будет экологически полноценным только при контроле очистки и безопасном обращении с остатками.

Типичные ошибки

Считать, что экологический вред связан только с выбросами в атмосферу, — ошибка: стоки и твёрдые отходы тоже могут загрязнять среду. Её допускают, потому что дым и пыль заметны, а загрязнение воды или почвы бывает менее очевидным. Проверьте себя: перечислите все три потока производства — газовый, жидкий и твёрдый — и для каждого назовите возможную среду воздействия.

Не следует смешивать понятия «отходы» и «загрязнители»: отход может быть полезным сырьём, если его собирают и используют, а загрязнение связано с поступлением вещества в окружающую среду. Путаница возникает, когда любое ненужное на данном этапе вещество автоматически считают уже загрязнившим природу. Проверьте, где именно находится вещество и как с ним обращаются: на производстве или в среде.

Очистное оборудование не устраняет все экологические проблемы: оно уменьшает поступление загрязнителей, но не отменяет расход ресурсов и образование остаточных веществ. Эту ошибку допускают, сосредоточившись только на одном видимом источнике воздействия. Для проверки оцените весь процесс: сколько сырья, воды и энергии он потребляет и что остаётся после очистки.

Захоронение отходов само по себе не делает производство безотходным. Иногда его принимают за решение, потому что отходы перестают быть видны на территории предприятия, но они лишь перемещены и могут потребовать контроля. Проверьте себя: отходы предотвращают или возвращают в использование, а оставшиеся безопасно обезвреживают, а не только складируют.

Связь с другими темами

Для понимания производства нужны знания о химических реакциях, сырье и продуктах реакции, а также о смесях и способах разделения веществ. При очистке выбросов и сточных вод учитывают свойства газов, кислот, щелочей и солей: от них зависит, какие примеси и как можно удалить. Эти знания помогают объяснить, почему для разных загрязнителей применяют разные способы обработки. Тема также связана с химическим производством, рациональным использованием природных ресурсов и экологической безопасностью.

Что запомнить

• Химическое производство использует природные ресурсы и может воздействовать на воздух, воду и почву.
• Основные виды воздействия производства — газовые выбросы, сточные воды и твёрдые отходы.
• Экологический эффект зависит от состава загрязнителей, их количества и способов обращения с ними.
• Очистка выбросов и сточных вод уменьшает поступление загрязнителей в окружающую среду.
• Переработка отходов позволяет возвращать полезные вещества в производство.
• Предотвращение образования отходов и комплексное использование сырья помогают снижать нагрузку на природу.