Рассмотрим практическое применение биотехнологических методов очистки промышленных выбросов на примере производства минеральной ваты, которое является энергоемкой промышленностью с характерными выбросами. Основными источниками выбросов являются плавильные агрегаты такие как вагранки, печи плавления и процессы волокнообразования и полимеризации изготавливаемого материала. При работе источников выбросов с повышенной температурой в атмосферу выходят много вредных веществ таких как оксид углерода, диоксид серы (если есть сера в шихте), летучие органические соединения от пропитки связующим. (фенолформальдегидные смолы), а также в процессе полимеризации и волокнообразования в атмосферу выбрасываются фенол, формальдегид, аммиак и мелкодисперсная минеральная пыль [1]. Анализ состава выбросов показывает, что большинство этих загрязнителей являются биоразлагаемыми веществами [1]. Они могут служить источником углерода и энергии для специализированных микроорганизмов. Традиционные методы термического дожигания таких выбросов требуют огромных энергозатрат из-за невысоких концентраций, но большой совокупной массы [5].
Наиболее рациональная схема для данного производства является система двухступенчатой очистки, где первая ступень выступает в качестве механической очистки выбросов, к примеру циклон, рукавный фильтр для осаждения мелкодисперсных частиц таких как минеральная пыль, вторая ступень очистки биологическая использование биофильтров или биоскрубберов для нейтрализации газообразных загрязнителей [2]. Для реализации данной системы очистки применяется микробный консорциум, который включает в себя группы бактерий родов Pseudomonas, Bacillus, которые способны разлагать фенол и формальдегид, нитрифицирующие бактерии рода Nitrosomonas, Nitrobacter для окисления аммиака [2]. Универсальные гетеротрофные микроорганизмы, утилизирующие ЛОС и CO2 [2].
Предполагаемый результат. Внедрение такой системы позволяет добиться снижения концентрации специфических загрязнителей (фенола, формальдегида) на 90-95% [2, 7], значительно уменьшает неприятные запахи, сокращения эксплуатационных отходов по сравнению с термическим обезвреживанием, т.к. процесс происходит при нормальной температуре и давлении без затрат дорогостоящего топлива.
Таким образом, производство минеральной ваты – это наглядный объект внедрения экологической биотехнологии, где она решает ключевую задачу по снижению экологической нагрузки при одновременной экологической выгоде [2, 5].
Для более точных данных рассмотрим эколого-экономическую выгоду данных био-керамических реакторов для разных регионов с высокой антропогенной нагрузкой от промышленных предприятий и проведем оценочный анализ данных для общего понимания картины.
Сравним данные по выбросам [8, 9] г. Челябинск, г. Сухой лог (Свердловская область), г. Новосибирск, г. Новокузнецк (Кемеровская область) и г. Норильск (Красноярский край). (таблица 1.)
Таблица 1.
Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в промышленных городах РФ, 2024 г.
Сравнивая между собой города регионов с высокой антропогенной нагрузкой на территории Российской Федерации г. Норильск Красноярского края имеет один из самых больших объемов выброса ЗВ (1 млн. 284 тыс. 628 т/г.), среди регионов описанных выше, самое минимальное количество выбросов ЗВ за весь год у г. Сухой Лог Свердловской области (2 тыс. 413 т/г.). Г. Новокузнецк Кемеровской области также имеет большое количество выбрасываемых веществ за год (501 тыс. 385 т/г.), г. Челябинск и г. Новосибирск находятся примерно на одном уровне загрязнения атмосферного воздуха в течение 2025 года (92 тыс. 666 т/г. и 74 тыс. 217 т/г.) соответственно.
Сравнительный анализ региональных данных (таблица 2.) выявляет следующую закономерность распространения ЗВ атмосферного воздуха [8, 9].
Таблица 2.
Структура выбросов загрязняющих веществ по федеральным округам.
Линия тренда в таблица 2 указывает, что самое большое количество выбрасываемых веществ в атмосферный воздух, среди всех представленных регионов является Красноярский край. Лидерство Красноярского края по валовым выбросам обусловлено, в первую очередь концентрацией на его территории крупнейших промышленных предприятий цветной металлургии и энергетики. Географические особенности региона (котловинный рельеф, способствующий застою воздушных масс) не являются причиной выбросов, но существенно усугубляют экологическую ситуацию, затрудняя рассеивание загрязнений и приводя к формированию устойчивого фона. Таким образом, проблема носит ярко выраженный антропогенный характер и требует технологических, а не природно-обусловленных решений [8].
Проведем оценочный анализ конкретных загрязняющих веществ в атмосферный воздух, также сравним сколько было среди регионов отправлено на очистку и утилизировано ЗВ. Регионы, приведенные выше с их экономическим потенциалом, являются одним из ведущих секторов для обработки и добычи полезных ископаемых, среди которых уголь, нефть, цемент, золото, никель и другие.