Основное преимущество термического окисления – относительно низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовления камеры сжигания и исключить образование оксидов азота.
Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ – катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции, например, реакции окисления. В качестве катализаторов используются: платина, палладий и другие благородные металлы или и соединения: оксиды меди, марганца и т. п. Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины. Каталитические методы очистки широко используются для вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
Безотходные производства. Безотходным производством является такое производство, в котором все исходное сырье в конечном итоге превращается в ту или иную продукцию и которое при этом одновременно оптимизировано по технологическим, экономическим и социально-экологическим критериям. Принципиальная новизна подобного подхода к дальнейшему развитию промышленного производства обусловлена невозможностью эффективно решать проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов только путем совершенствования методов обезвреживания, утилизации, переработки или захоронения отходов.
При создании и развитии безотходных производств обязательно использование всех компонентов сырья. В настоящее время несмотря на то, что практически все сырье, применяемое в промышленности, является многокомпонентным, в качестве готовой продукции используется, как правило, только один компонент. Максимально возможное – это комплексное использование энергии при безотходном производстве.
Безотходное производство предполагает кооперирование производств с большим количеством отходов (производство фосфорных удобрений, тепловые электростанции, металлургические, горнодобывающие и обогатительные производства) с производством – потребителем этих отходов, например предприятиями строительных материалов.
Важнейшей задачей является создание и внедрение принципиально новых технологических схем и процессов, при которых резко сокращается или полностью исчезает образование каких-либо отходов.
Утилизирую двуокись серы, содержащуюся в отходящих газах теплоэнергетики и металлургии, можно получить столько серной кислоты, сколько ее ежегодно производят все сернокислотные заводы нашей страны, т.е. по сути дела удвоить производство этого ценнейшего продукта большой химии (эта тема кратко рассматривается в курсе географии девятого класса). Уже существуют промышленные установки для каталитической очистки отходящих газов, которые позволяют извлекать из дыма до 98 – 99% сернистого газа при любом, даже самом незначительном, его содержании и окислять его, превращая вредный промышленный выброс в серную кислоту. Использовать полученную таким способом кислоту в промышленности тоже не просто: она содержит различные примеси, зачастую получается разбавленной. Зато в сельском хозяйстве она может найти неограниченный рынок сбыта, так как это химический препарат для почв содового засоления. Для химической мелиорации годится серная кислота сколь угодно разбавленная, практически с любыми примесями. Это позволяет строить более экономичные, упрощенные установки для утилизации сернистого газа.
Конечно, невозможно создать полностью безотходные производства во всех отраслях. Вообще, понятие «полностью безотходное производство» условное, так как ни одно производство не возможно без отходов. Но создавать производства, в которых перерабатывается часть отходов, вполне возможно. Такие производства называются малоотходными.
С безотходными и малоотходными производствами связаны многочисленные проблемы, без решения которых их внедрение представляется практически невозможным. Основной из них является большая затратность подобных производств. Эта проблема объясняется тем, что большинство из производств (особенно в России) не рассчитаны на внедрение каких-либо новых узлов и поэтому для создания безотходного или малоотходного производства на их основе придется принципиально пересматривать всю их систему. При этом на ранних стадиях внедрения безотходных или малоотходных производств их вряд ли можно будет рассматривать как прибыльные: для детальной отработки технологии потребуется еще некоторое время.
Внедрение безотходных и малоотходных производств может быть эффективным практически в любой отрасли промышленности, так как из многих отходов можно получить какой-либо потребительский продукт.
Использование возобновляемых источников энергии. Энергетика является сердцем промышленного и сельскохозяйственного производства и обеспечивает комфортное существование человека. Основным энергоносителем XIX века являлся уголь, сжигание которого, как отмечалось выше, приводило к росту выбросов дыма, сажи, копоти, золы, вредных газовых компонентов: CO, SO2, оксидов азота и т.д. Развитие научно-технического прогресса привело к существенному изменению энергетической базы промышленности, сельского хозяйства, городов и других населенных пунктов. Существенно возросла доля таких энергоносителей как нефть и газ, экологически более чистых, чем уголь. Однако ресурсы их не беспредельны, что накладывает на человечество обязанность поиска новых, альтернативных возобновляемых источников энергии. К ним относятся солнечная и атомная энергия, геотермальный и гелиотермальные виды энергии, энергия приливов и отливов, энергия рек и ветров. Эти виды энергии являются неисчерпаемыми и их производство практически не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.
Наиболее развиты в настоящее время атомные энергетические установки – АЭС. Доля производства электроэнергии с помощью атомной энергии в ряде стран очень высока: в Литве она превышает 80%, во Франции – 75, в России достигает 13%. Следует лишь совершенствовать безопасность работы АЭС, что подтвердила авария на Чернобыльской и других АЭС. Топливная база для их работы практически неограничена, общие запасы урана в морях и океанах составляют примерно 4• 109 т.
Достаточно широко применяются геотермальные и гелиотермальные источники энергии. Циркулирующая на глубине 2-3 км вода нагревается до температуры, превышающей 100ºС за счет радиоактивных процессов, химических реакций и других явлений, протекающих в земной коре. В ряде районов земли такие воды выходят на поверхность. Значительные запасы их имеются в нашей стране на Дальнем Востоке, Восточной Сибири, Северном Кавказе и других районах. Существуют запасы высокотемпературного пара и пароводяной смеси на Камчатке, Курильских островах и в Дагестане
Технологические процессы получения тепловой и электрической энергии из таких вод достаточно хорошо разработаны, их себестоимость в 2 – 2,5 раза ниже тепловой энергии, получаемой в обычных котельных. На Камчатке работает геотермальная электростанция мощностью 5 кВт. Предполагается сооружать такие, но более мощные 100 и 200 МВт блоки. В Краснодарском крае теплота подземных вод используется для теплоснабжения промышленных предприятий, населения, животноводческих комплексов, многочисленных теплиц.
За последнее время все шире используется солнечная энергия. Солнечные энергетические установки могут быть тепловыми, в которых используется традиционный паротурбинный цикл и фотоэлектрическими, в которых солнечное излучение с помощью специальных батарей преобразуется в электроэнергию и теплоэнергию. Стоимость таких гелиоэлектростанций пока еще велика: для станций мощностью в 5 – 100 МВт она в 10 раз превышает капитальные затраты ТЭС аналогичной мощности. Кроме того, для получения энергии требуются большие площади зеркал. Солнечные электростанции являются перспективными, так как они экологически чистые, а стоимость произведенной на них электроэнергии будет неуклонно снижаться по мере совершенствования технологических процессов, оборудования и используемых материалов.
Вода с давних пор используется человечеством в качестве источника энергии. ГЭС остаются перспективными и экологически чистыми энергетическими установками при условии, если при их строительстве не происходит затопления пойменных земель и лесных угодий.
К новым источникам энергии относится энергия морских приливов и отливов. Принцип действия приливных электростанций основан на том, что энергия падения воды, проходящей через гидротурбины, вращает их и приводит в движение генераторы электрического тока. На однобассейновой приливной электростанции двойного действия, работающей во время прилива и отлива, можно вырабатывать энергию четыре раза в сутки при наполнении и опорожнении бассейна в течение 4-5 часов. Агрегаты такой электростанции должны быть приспособлены для работы в прямом и обратном режимах и служить как для производства электроэнергии, так и для перекачки воды. Крупная приливная электростанция работает во Франции на берегу Ла-Манша, в устье реки Ранс. В России в 1968 г. пущена в эксплуатацию небольшая электростанция на побережье Баренцева моря в губе Кислов. Разработаны проекты Мезенской приливной станции на берегу Белого моря, а также Пенжинской и Тугурской – на берегу Охотского моря.