Скачать (6,96 Кб)

Парадокс очистки

Доктор технических наук А. А. Мазо
Химия и Жизнь №5, 1981 г., с. 33-35

Очистка сырья, то есть доведение его до нужных кондиций, предшествует любым технологическим манипуляциям. Конечным результатом очистки сырья и последующих производственных процессов становятся некая продукция и отходы, в том числе и сточные воды. Ныне же очищают (обезвреживают) еще и отходы, и сточную воду. Иначе говоря, термин "очистка" стали употреблять в двух противоположных смыслах. В первом случае для людей важен объект очистки, а не отходы, а во втором решающее значение приобретает судьба самих отходов. Уяснив это, давайте разберемся, что такое грязь и что такое чистота.

Вообще-то грязью может быть любое химическое соединение или физическое тело, неуместное в данной технологической или природной среде. Уместное присутствие, как правило, снимает понятие загрязненности. Например, соли кальция и магния вполне уместны в природных рассолах, но не уместны в умягченной воде. Короче говоря, смешно писать о загрязненности Кара-Богаз-Гола сульфатом натрия, воздуха - азотом, болот - лягушками. Очистка же - это не что иное, как перенос загрязнении из одного места в другое. Отменными иллюстрациями такого тезиса служат пылесос, химчистка, уборка мусора... Химические превращения, которые могут идти в процессах очистки, не меняют существа дела. Увы, ничто не может быть вынесено за пределы окружающей среды: она всюду.

Охрана среды и охрана здоровья - родственники, но отнюдь не близнецы. Например, гигиенические нормы, важные для человека на каком-то производстве или в населенном пункте, подчас достигаются способами, наносящими ущерб природе. Так, с помощью высоченных труб рассеивают аэрозоли, что обеспечивает разрешенную норму запыленности, но при этом, естественно, загрязняется окружающая среда. Поэтому термин "очистка" применительно к окружающей среде лишен смысла, если не найдены либо надлежащее место для захоронения, либо способ использования выделенных при очистке веществ.

Любой перенос вещества нереален без энергетических затрат.

А получение энергии невозможно без собственного "грязевого" коэффициента. Вот факты. При получении 1 квт·ч электроэнергии на тепловых станциях (а они пока дают ее львиную долю) в окружающую среду попадают 14 г шлака, 80 г золы, 1000 г двуокиси углерода, 14 г двуокиси серы, 4 г окислов азота, 0,8 г так называемой неуловимой золы, 100 г парообразной воды. Из воздуха вся эта грязь попадает с осадками в водоемы и почву.

Мало того - вода, которую на электростанции используют для улавливания золы, пульпа после электрофильтров и другие сточные воды вбирают в себя соединения фтора, мышьяка, ванадия и многих других элементов. Средняя ТЭС (1,2 МВт) при разомкнутой системе гидрозолоудаления выбрасывает в год 8-10 тысяч тонн сульфатов и 4-5 тысяч тонн кальция... Ко всему этому еще прибавляются концентрированные регенерационные растворы системы водоподготовки для ТЭС.

Поэтому нынешняя очистка - это всегда загрязнение и, как правило, большее, потому что она невозможна без того или иного вида энергии. Ничего не поделаешь: очищать - значит загрязнять, так же, как жить - значит умирать. За примерами далеко ходить не надо: очистка и загрязнение идут рука об руку даже при добыче калийных солей. Удаляемая примесь хлористого натрия с дождями проникает в грунтовые и подземные воды. В некоторых районах Белоруссии именно так образовались подземные бассейны высокоминерализованных вод, где солей до 30 г в литре.

Так или иначе, но любое технологическое использование вещества и его очистка, в конечном счете, загрязняют окружающую среду растворимыми в воде минеральными соединениями, ибо все органические соединения с помощью огня или микробов можно превратить в минеральные. Но все, что добыто из недр Земли или из растений и не вошло в состав некоей готовой продукции, в меру своей растворимости рано или поздно все равно попадает в воду.

Бытующее представление об очистке воды - это ее освобождение от органических веществ. До сих пор обычно в забвении пребывают представления об очистке как о процессе со строгим балансом материи. Сообщают, например, что Ново-Горьковский и Рязанский нефтеперерабатывающие заводы так хорошо очищают свои сточные воды, что по самым строгим санитарным канонам они чище, чем волжская или окская вода. О таком же эффекте очистки сточных вод, сбрасываемых в Селенгу, говорилось в дискуссии "Байкал-80", которая шла на страницах "Литературной газеты". Это не просто наивные высказывания, а дезинформация. Ведь санитарные требования пока не распространяются даже на двадцатикратное увеличение минерализованности сточных вод по сравнению с окской, волжской и байкальской водами. Ведь именно из-за избытка солей сточные воды, которые по другим показателям стали чище исходных, сбрасывают в реки и озера, а не используют повторно.

Частенько в популярной и даже в научной литературе утверждают, что оборотное водоснабжение - панацея для окружающей среды. Конечно же, оборотное водоснабжение - прекрасная вещь, но, как говорится, и на Солнце есть пятна.

Оборотное водоснабжение в широком смысле - это возвращение в производство не только охлаждающей воды, но и воды, участвующей в любом технологическом цикле, при условии её очистки до норм, удовлетворяющих данную технологию. С экологических позиций очистка воды и в прямоточном, и в оборотном водоснабжении выглядит так: после механической или химической очистки воду просто перемешивают. Судьба выделенных веществ - вот что важно для экологии.

Изъятие из воды коллоидных и взвешенных веществ идет обычно с помощью коагуляции с последующим отделением осадков. Очищенная вода при этом насыщается хлорид- или сульфат-ионами (в зависимости от выбора соли-коагулянта), а окружающая среда - шламом. А куда девать миллиарды кубических метров шламов? Кое-где они уже стали причиной повторного загрязнения подземных вод, питающих реки и озера. Гидрохимики уже не раз с тревогой регистрировали изменения солевого состава воды из подземных источников, казалось бы, находящихся очень глубоко под шламовыми площадками очистных сооружений.

Самый экологичный из всех методов очистки воды - биохимический. Но при биохимическом окислении органических соединений азота, серы и фосфора в воде нарастает концентрация растворимых нитратов, фосфатов, сульфатов, ставших причиной эвтрофии (цветения) водоемов. Например, озеро Мичиган стало мертвым от сброса очищенных сточных вод Чикаго. То же самое происходит и со швейцарскими озерами. Эвтрофия может грозить и Байкалу - для него таят опасность даже идеально с нынешней точки зрения очищенные сточные воды Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, поскольку из них не удаляют солей - стимулятора роста водорослей. А те, как это уже не раз бывало, отмирая, могут лишить воду кислорода, и тем самым способности к самоочищению.

Самое простое избавление от солей в системах оборотного водоснабжения - это их "продувка", то есть замена части использованной воды на свежую, менее минерализованную воду. При этом, к сожалению, соли, извлеченные водой в технологических циклах, попадают в водоемы. Увы, оборотное водоснабжение с "продувкой" плохо выполняет природоохранные функции - ведь оно не спасает природную воду от засоления. Правда, оборотное водоснабжение экономит уйму воды.

Самый экономичный и всеобъемлющий способ глубокой деминерализации пресных вод для технологических целей - это ионообменники. Кое-где рекомендуют взять ионообменные смолы и для охраны природы, стыдливо забывая, что зачастую вторичные загрязнения от регенерации ионитов впятеро превышают те, от которых очищали данную порцию воды. Пожалуй, лучше воспользоваться безреагентным обессоливанием воды с помощью электродиализа или обратного осмоса. Первый способ зиждется на переносе ионных примесей из одной части очищаемой воды в - другую, как правило, гораздо меньшую по объему. При обратном осмосе через мембраны под давлением из водяного раствора переходит большая часть чистой воды, а в меньшей части остаются примеси. Этот метод, как и электродиализ, тоже свободен от сколько-нибудь серьезных вторичных загрязнений. Но куда девать концентрат первичной грязи? Ведь наука и техника пока не знают надежных и дешевых способов захоронения хорошо растворимых солей: хлорида, сульфата и нитрата натрия и некоторых других.

При любых способах очистки воды и воздуха сама по себе очистка - только промежуточный акт, а подлинная охрана природы начинается на этапе, когда решают судьбу отходов. Пока главный и единственный способ предотвращения деградации окружающей среды - это безотходная технология.

Принципиальная трудность создания полностью безотходной технологии в том, что любая переработка отходов (очистка, разделение, производство новых изделий) невозможна без добавочной энергии, что чревато обширным тепловым загрязнением.

Не менее серьезна и проблема изменения планирования экономики. Эту мысль можно проиллюстрировать следующим примером, заимствованным из научных публикаций. Пишут, что в воздухе над СССР в 1967 году витало 40 миллионов тонн серной кислоты, а потребность всего народного хозяйства в тот год была вчетверо меньше. Если бы всю серную кислоту, которая ушла в воздух, поглотили бы фильтры, то некуда было бы деть 30 миллионов тонн. И другой факт. В Курской и Белгородской областях при открытой добыче железной руды "на-гора" выдано столько известняка, сколько не переварит цементная промышленность всего мира! Так что безотходная технология как идеальная бесконечная цепь очистки (кондиционирования) и переработки любых отходов пока не очень-то реальна.

Парадокс очистки в том и состоит, что от загрязнений никуда не денешься, ибо ничего нельзя убрать за пределы окружающей среды. Приходится пачкать какой-то выбранный участок ради чистоты другого места. В свое время авиаконструктор О. К. Антонов в виде шаржа предложил оригинальное избавление от сточных вод Байкальского целлюлозно-бумажного комбината: шланг от очистных сооружений комбината на рисунке был переброшен в море Лаптевых, засолить которое просто невозможно. В самом деле, пока в арсенале нашей цивилизации есть только один способ превращения загрязнений в незагрязнения - найти место, где сбрасываемое вещество сливается с природным фоном (сульфат натрия - в Кара-Богаз-Гол, азот - в атмосферу, лягушек - в болото). Но даже в этом идеальном случае не избежать теплового загрязнения среды энергией, затраченной в основных производствах и на разделение, и на транспортировку отходов в. надлежащие места.

До сих пор внимание специалистов приковывали органические и радиоактивные загрязнения. Очистка органики сводилась к ее минерализации огнем или микробами. А безотходная комплексная переработка органических веществ ныне мыслится как ферментативная (микробиологическая) промышленность, работающая по типу природных "пищевых цепей", ставших в ходе миллионнолетней эволюции безотходной системой. На солевые же выбросы почти не обращают внимания, а между тем уже ясно, что засоление пресных вод угрожает не только будущему, но и нынешнему поколению.

Не выручат ли цивилизацию геотехнические комплексы, с которых отходы солей переправлялись бы только в места, где они гармонично впишутся в природный фон?