Поняття про замкнуті, відкриті та закриті екологічні системи

Розглядаючи проблеми природоохоронної діяльності підприємств фармацевтичної промисловості слід підкреслити, що кругообіг речовин у біогеоценозах, що склалися, в значній мірі є замкнутим. Проте в сучасних антропогенних системах фармацевтичної промисловості утилізується лише біля 1% речовин, і, отже, 99% речовин мають властивості, які є нетиповими для біогеоценозу, що склався. Отже, очевидно, для зниження екологічної напруженості у довкіллі слід стати на шлях наслідування природи, її екосистем, і як наслідок, створювати замкнуті біогосподарські системи.

Система вважається замкнутою якщо вона не взаємодіє з іншими. Але практично людина з такими системами не зустрічається – це суто абстрактне поняття. Реально вона зустрічається лише з системами, що наближені до них. Відкриті системи знаходяться у постійній взаємодії з середовищем, їх існування супроводжується постійним притоком та відтоком речовин, енергії, інформації зовні. Проміжна ланка між ними – системи, які обмінюються з середовищем тільки енергією та інформацією. Їх прийнято називати закритими.

Відповідно до другого закону термодинаміки для кожної замкнутої фізичної системи є властива кількість ступенів свободи, тобто ентропія. Якщо кількість ступенів свободи збільшується – система втрачає упорядкованість, і, як наслідок, деградує.

Однак при постійній загальній кількості енергії (наслідок першого закону термодинаміки) кількість вільної енергії, яка може діяти на навколишнє середовище, може тільки зменшуватися. Тому достатньо довго існувати та розвиватись можуть лише відкриті системи. І, отже, все живе, всі біогеоценози відносяться до відкритих систем. Якщо ентропія обміну більша ентропії дисипації, тобто система одержує більше енергії, ніж їй необхідно для покриття витрат, і надлишкова енергія йде на ускладнення структури, – у живих систем збільшується біопродуктивність, на промислових об’єктах – удосконалюються властиві кожній з них технологічні процеси.

Для оцінки ступеня безвідходності фармацевтичного виробництва, як відкритої системи, треба здійснити кількісну оцінку ентропії, тобто оцінити інтенсивність обміну речовин, енергією та інформацією з навколишнім середовищем. Загальною кількісною характеристикою ентропії може служити одиниця енергії. Ураховуючи положення першого закону термодинаміки, що постулює збереження енергії, корисну роботу, яку можна одержати від речовини під час взаємодії з навколишнім середовищем, називають ексергією.

Чим більшою є хімічна енергія вироблених відходів, тим більшу роботу над навколишнім середовищем вони можуть здійснити. Енергія промислових відходів, здійснюючи роботу над екологічною системою, приводить до її деградації, примушує пристосовуватися до нових вимог довкілля, і, як наслідок, змінювати свою структуру та певні, іноді дуже важливі, якості.

Екологічні, соціально-економічні та економічні ефекти природоохоронної діяльності

Прямим і безпосереднім наслідком проведення заходів, спрямованих на зменшення забруднення довкілля, є зниження ступеня негативного технологічного впливу на екосистему. Це прямий або первинний екологічний ефект.

Покращання стану навколишнього середовища слід розглядати як вторинний екологічний ефект. На його величину, в першу чергу, впливають природно–кліматичні умови регіону, в якому проводяться ці заходи.

Вторинний екологічний ефект зумовлює комплексний соціально–економічний ефект, який полягає у підвищенні ефективності промислового виробництва та рівня життя населення. Ті види соціально–економічного ефекту, які можуть бути представлені у грошовому вираженні, складають економічний ефект.

Величина економічного ефекту, передусім, визначається величиною прямого екологічного ефекту. Абсолютна величина первинного екологічного ефекту заходів, спрямованих на зменшення забруднення навколишнього середовища (B) (в розрахунку на добу, рік) вираховується за формулою (2):

B = B_п – B; (2)

де В_п та В – об'єми шкідливих викидів до та після проведення заходів.

Первинний екологічний ефект від роботи газоочисних та пилозатримуючих установок, оцінюється за формою статистичної звітності 2_тп – повітря. Інформацію про забруднення водних об'єктів можна одержати за формою 2_тп – водгосп.

Фактичний об'єм змішаних викидів (В_у) може бути визначений за формулою (3):

n

В_у =  QkBk; (3)

ⁿ⁼¹

де К – кількість інгредієнтів;

Вn – фактичний об'єм викидів n–го інгредієнта;

Qn – коефіцієнт, який ураховує реальну екологічну небезпеку n–го інгредієнта.

Реальний екологічний ефект протизабруднювальних заходів (Е) розраховуються на підставі застосування формули (4):

_{K K}

E =  QnBпоч._n –  QnBзалишков.n; (4)

^{nk=1 n=1}

де Впоч._n і Взалишков.n – початковий та залишковий об'єми викидів n–інгредієнта;

К_поч. та К_{залишков} – кількість інгредиєнтів у початкових та залишкових викидах.

Узагальнений екологічний ефект слід розглядати як арифметичну суму зниження викидів в атмосферу, водні об'єкти та грунти з використанням формули (5).

Е = B_a + B_в + B_г; (5)

де B_a, B_в, B_г – зниження рівня викидів відповідно в атмосферу, водний об'єкти та грунт.

Максимально необхідна величина екологічного ефекту визначається виходячи з того, що об'єм викидів (за окремими речовинами) не був більшим, ніж гранично допустимий (В_гд). Величина гранично допустимого рівня (В_гд) повинна визначатися, в свою чергу, з таким розрахунком, щоб в районі джерела викидів не було перевищення ГДК шкідливих речовин.

Таким чином, необхідна та достатня (тобто нормативна) величина екологічного ефекту (Е_норм) від природоохоронних заходів у кожному конкретному випадку досягається при В_з = В_гд і виражається рівнянням (6):

Е_норм = В_п – В_гд; (6)

Норми граничних викидів повинні бути розроблені для всіх підприємств фармацевтичної промисловості. Відношення об'єму (річного, середньодобового) знешкоджених забруднювачів (B) до їх початкового об'єму (Впоч) є основним критерієм екологічної ефективності протизабруднювальних заходів, який характеризує ступінь очистки ( ) у % (7):

= B100/B_п; (7)

Абсолютну величину первинного екологічного ефекту можна виразити через показник ступеня очистки (DB) (8):

DB= B_n; (8)

У “Звіті про капітальні вкладення на заходи з охорони та раціонального використання природних ресурсів”, який складають на кожному промисловому підприємстві, обов’язковим є розділ щодо даних про капітальні вкладення на будівництво станцій біологічної, фізико–хімічної та механічної очистки стічних вод, установок для уловлювання та знешкодження шкідливих речовин, які викидаються в атмосферу тощо.

Крім того, необхідно підкреслити, що зменшити витрати на очистку і тим самим довести екологічний оптимум до концентрації забруднень порядку ГДК можна за допомогою таких заходів, як:

1) інтенсифікація процесів, що дозволяють зменшити розміри апаратури;

2) заміна одного методу іншим, більш дешевим;

3) розробка нових високоефективних процесів та споруд;

4) заміна дорогих реагентів на більш дешеві та ефективні;

5) використання одних промислових відходів для очистки та знешкодження інших;

6) створення ресурсів і енергозберігаючих виробництв із замкнутою структурою матеріальних потоків сировини та відходів.