Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-химические основы инженерной экологии. Учебное пособие
.pdf
¾ Принцип специализации основан на ограничении раз-
нообразия элементов вида технологии. В частности, уровень
специализации определяется количеством технологических
операций, выполняемых на одном рабочем месте за определенный промежуток времени. Узкая специализация технологии создает предпосылки ее высокой эффективности.
¾ Принцип пропорциональности предполагает относи-
тельно равную пропускную способность всех технологических участков производства, выполняющих основные, вспомогательные и обслуживающие операции. Нарушение этого
принципа приводит к возникновению «узких» мест в технологии, или, наоборот, к их неполной загрузке и снижению эффективности производственного процесса.
¾ Принцип прямоточности заключается в обеспечении
кратчайшего пути движения деталей и сборочных единиц в
технологии какого-либо вида. Не должно быть возвратных
движений объектов обработки на участке, производстве.
¾ Принцип непрерывности предполагает сокращение до
возможного минимума перерывов в технологии производства,
в том числе технологических, связанных с несинхронностью
операций обработки, транспортирования или складирования,
или по организационным причинам.
¾ Принцип ритмичности заключается в выпуске равных
или равномерно нарастающих объемов технологических операций в единицу времени.
¾ Принцип автоматизации технологических процессов
обеспечивает интенсификацию технологии и эффективность
производства в целом.
¾ Принцип гибкости обеспечивает мобильность техно-
логии при ее перенастройке на другие виды изделий в широком диапазоне.
¾ Принцип электронизации позволяет повысить управ-
ление технологическим процессом на основе применения вычислительной техники с развитым программ
ным обеспечени-
ем.
11
Технологическая операция – это элемент производственной технологии, характеризуемый завершенностью качественного этапа преобразования продукта. Совокупность всех
технологических операций от исходного сырья до целевого
продукта представляет собой способ производства, а вместе с
аппаратурным оформлением эта совокупность переходит в
понятие «технологическая схема». В комплексе с процессом
обеспечения технологической схемы энергией различных видов, очистными сооружениями, вспомогательными службами,
рассмотренную совокупность техники и технологии называют
«производственно-технологическая система». Несовершенство технологий не позволяет полностью перерабатывать минеральное сырье, бóльшая часть которого возвращается в биосферу в виде отходов.
Отходы – это непригодные для производства данной
продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе процесса твердые, жидкие, газообразные
вещества и энергия. При этом отходы не подлежат утилизации в данном производстве.
Как правило, в категорию отходов не включается природное вещество, неявно используемое в технологическом
процессе – воздух, транзитную воду, и нередко – энергетические отходы. При учете же всех видов отходов количество
полезного продукта составляет ≤ 2% от вовлеченного природного сырья и энерг
ии, остальные же 98% – входят в отходы производства. Получение лучшего соотношения принципиально невозможно, т.к. последующая утилизация (если она
возможна) ведет к значительным затратам энергии.
Выбросы – кратковременные, за определенный срок,
поступления в окружающую среду любых загрязнений – все
то, что ни в том месте, не в то время и не в том количестве,
естественном для природы, вы
водит ее из состояния наблю-
даемой нормы.
Загрязнением в узком смысле считается привнесение в
систему новых, не характерных для нее физических, химиче-
12
ских и биологических элементов, или превышение естественного среднемноголетнего уровня содержания этих элементов в системе. Непосредственными объектами загрязнения являются местообитания биотических сообществ – это
атмо-, гидро- и литосфера. Косвенными объектами (жертвами) становятся биота и человек.
Загрязнения окружающей природной среды подразделяют прежде всего на природные, вызванные естественными,
обычно катастрофическими причинами (извержения вулканов, наводнения, селевые потоки), и антропогенные, возникающие в результате деятельности людей. Именно последние
представляют основной интерес при рассмотрении глобальных экологических проблем.
Источники антропогенного загрязнения весьма разнообразны: основную роль здесь играют промышленные и
сельскохозяйственные стоки и выбросы, бытовые отходы,
нефть и нефтепродукты. Последние выделены в отдельную
группу и представляют одну из основных угроз биосферы.
К загрязнениям относятся не только отходы производства, но также химические вещества, намеренно вводимые
человеком в экосистемы для защиты сельскохозяйственных
растений от вредителей, болезней и сорняков.
Антропогенные загрязнения принято подразделять на:
¾ биологические (случайные, целенаправленные) и мик-
робиологические (микробные) – массовое размножение микроорганизмов на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;
¾ механические – засорение среды агентами, оказываю-
щими лишь механическое воздействие без физико- химических последствий (мусор);
¾ химические;
¾ физические.
Последние подразделяют на:
¾ тепловые (термальные) – изменение (нарушение) теп-
лового режима системы в результате повышения или пониже-
13
ния температуры среды в связи с промышленными выбросами
отходящих газов, воды и твердых отходов, а также нагревом
среды от работающих техносферных систем;
¾ световые – изменение естественной освещенности ме-
стности в результате воздействия искусственных источников
света;
¾ шумовые – увеличение интенсивности и повторяемо-
сти шума сверх природного уровня, а также появление новых,
чуждых биосфере звуков;
¾ электромагнитные – изменение электромагнитных
свойств среды, происходящее в результате работы линий
электропередач, радио и телевидения, ЭВМ, сотовой связи,
некоторых промышленных установок и большинства современных электробытовых приборов;
¾ радиоактивное – превышение уровня содержания в
среде радиоактивных веществ.
Иными словами, загрязнения – это комплекс антропогенных помех в экосистеме.
Определенная часть антропогенных загрязнений может
разрушаться химическими и биохимическими процессами в
биосфере и т. о. вовлекаться в круговорот веществ, энергии и
информации. При окислении загрязнений расходуется кислород – чем более затруднен процесс разложения, тем
большее количество кислорода необходимо для его протекания. В связи с этим используют показатели химического и
биологического потребления кислорода при разложении техногенного материала в окружающей среде (соответственно
ХПК и БПК).
По степени распространенности и характеру действия на
биосферу химические вещества антропогенного загрязнения
окружающей среды можно разделить на следующие группы:
¾ Наиболее распространенные вещества: озон, моноок-
сид углерода, оксиды азота, диоксид и триоксид серы, нефть и
нефтепродукты, низкомолекулярные углеводороды, минеральные соли, кис
лоты, щелочи. К этой же группе можно от-
14
нести частицы, входящие в состав пыли, аэрозолей, взвесей в
атмосфере и в водных средах. Эти вещества в наибольшей
степени воздействуют на атмосферный воздух.
¾ Органические загрязнения первой и второй групп
опасности, а также тяжелые металлы и токсичные вещества
неорганической природы (цианиды, арсины, фосфины, силаны
и их производные). Эта группа веществ самая многоч
исленная
и составляет 60-80% контролируемых веществ. Интервал допустимых концентраций: 10
–4
-10–5 мг/л.
¾ Супертоксиканты (фосфорорганические соединения,
диоксины, 3,4-бенз(а)пирен, нитрозамины и др.). Интервал
допустимых концентраций веществ составляет 10–7-10
–10
мг/л.
Ежегодные поступления в биосферу веществ первой
группы составляют: СО2 – 20 млрд. т; SО2 – 150 млн.т; минеральных удобрений – 500 млн.т; веществ второй и третьей
групп: синтетических материалов – 60 млн.т; пестициды –
5 млн.т; жидкий сток составляет – 500 млрд.м3; твердый сток –
17,5 млрд.т.
Наиболее опасная последняя группа загрязнений не разлагается в биосфере, не вовлекается в круговороты и может
частично разрушаться, попадая в пищевые сети живых существ. Среди наиболее опасных – ксенобиотики – соединения,
полностью чуждые биосфере, никогда ранее ней не существовавшие и в силу своей химической природы не уч
аствующие в
биосферных процессах и, естественно, круговороте. Ксенобиотиками являются химические соединения как целенаправленно синтезированные человеком, так и побочные продукты
химического синтеза, а также техногенные отходы. Такие соединения не разрушаются в пищевых цепях (или разрушаются
лишь частично) и вследствие этого накапливаются в тканях
растений и животных и в биосфере в целом.
Ксенобиотики – это все поверхностно-активные веще-
ства (ПАВ), использу
емые в производстве синтетических
моющих средств, как технических, так и бытовых. Это – все
пестициды, гербициды, инсектициды.
15
Ряд ксенобиотиков, взаимодействуя с природными соединениями, способствует образованию в биосфере десятков
и сотен других, так называемых «парагенетических » (от
греч. «пара» – около) веществ (парагенетиков), многие из
которых являются более опасными, чем исходные.
К ксенобиотикам относятся практически все полимерные
соединения, пластмассы, галогенуглеродные соединения –
фреоны и галоны (соответственно фторхлорпроизводные углеводородов – напр., CF2Cl2, и фторбромпроизводные – напр.,
CFBr3) Эти техногенные продукты подвергаются медленному
фотохимическому разложению в атмосфере, где время их существования составляет от десятков до сотен лет. В процессе
разложения они разрушают озоновый слой Земли.
Ксенобиотиками являются большинство органических
хлорсодержащих соединений. Самая опасная группа ксенобиотиков – полигалогендифенилы, полихлордибензодиоксины и полихлордибензофураны (неверно называемые в широкой печати диоксинами и фуранами). Наиболее распространены полихлордифенилы (ПХД), представляющие собой
класс веществ, насчитывающий более 200 соединений. ПХД
обладают идеальными для техносферы свойствами – высокой термической стабильностью и огнестойкостью, отличными диэлектрическими характеристиками. Основная область их применения – производства ряда трансформаторных, кабельных, индустриальных и гидравлических масел.
Образование подавляющего большинства из указанных
веществ вс
ех трех групп происходит при высоких температурах, т. е. в процессах горения. Основными массовыми загрязнителями атмосферы таким образом являются оксиды
азота и серы. В настоящее время именно поиски новых решений по сокращению эмиссии этих окислов занимают приоритетное направление в природоохранных технологиях всего мира. В России развитие энергосберегаю
щих технологий
(направленных, в том числе, на создание экологически чистых источников энергии и сокращению количества вредных
16
выбросов) также является приоритетным направлением развития науки, технологий и техники (Приказ-577 Президента
РФ от 30 марта 2002 г.).
1.4. Безотходные и малоотходные технологии
Термин «безотходная технология» впервые был сформулирован советскими учеными-химиками Н.Н. Семеновым и
И.В. Петряновым-Соколовым в 1956 г. и получил в дальнейшем широкое распространение. По официальному определению, данному на Международном семинаре по малоотходной
технологии в г.Ташкенте (1984 г.), безотходная технология –
это такой способ осуществления производства продукции, при
котором наиболее рационально и комплексно используют сырье и энергию в цикле: «сырьевые ресурсы – производство –
потребление – вторичные ресурсы». В итоге любые воздействия на окружающую среду не должны нарушать ее нормального функционирования.
Таким образом, принцип безотходной технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: разработку новых технологических решений, аппаратурного оформления, экономических, экологических мероприятий и т. д.
Иногда используют понятия: «экологически чистые технологии», «безвредные технологии», «экологизированные
(ресурсосберегающие) технологии», «малоотходные процессы». Однако, термин «безотходные технологии» получил
наибольшее распростр
анение.
Расширяя приведенное выше определение можно сказать, что безотходная технология – это:
¾ Технология, дающая технически достижимый мини-
мальный объем твердых, жидких, газообразных, тепловых отходов и выбросов; причем достижение полной безотходности
нереально, т.к. противоречит принципам термодинамики, согласно которым любое производство всегда имеет отходы, хотя бы в виде используемой энергии.
17
¾ Технология ресурсосберегающая, дающая теоретиче-
ски достижимый минимальный объем отходов всех видов.
Для любого конкретного производственного процесса
существует расчетный, теоретически достижимый максимум
малоотходности, в настоящее время не рассчитываемый. При
этом должны учитываться все расходы на промежуточные
этапы производства. Ресурсосберегающая технология включает требование минимизации используемых природных ресурсов и минимального нарушения природных (естественных) условий. Нижний предел такой минимизации зависит
как от способов получения традиционной продукции, так и
от возможностей перехода к выпуску сопутствующей на основе миниатюризации и технической дополнительности.
¾ Технология реутилизационная – цепь технологиче-
ских процессов, в которой отходы одного производства становятся материальным или энергетическим сырьем для последующего (предполагается использование этого сырья без остатка).
Использование такой технологии может приблизить
промышленное производство к теоретическому минимуму
отходов, равному отходам в биосферных циклах (не более
2% от общего кругооборота веществ и энергии, участвующих
в процессе), а главное получить отходы перерабатываемые
природными системами самостоятельно, т.е. направлять в
природу отходы в виде трофических составляющих (участие
в трофических цепях в качестве пищи), либо сырья (на пример – переработка в гумус редуцентами), а значит не несущие отрицательного антропогенного влияния на окружающую природную среду. При этом техногенный круговорот
сырья, продукции и отходов предопределяет замкнутость
производственного цикла, что по существу и составляет основу безотходной технологии.
К концепции безотходной технологии существует два
подхода. Один основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым сырье (материя) всегда может быть
18
преобразовано в ту или иную продукцию. Следовательно,
можно создать такой технологический цикл, в котором все
экологически опасные вещества будут преобразовываться в
безопасный продукт или исходное сырье.
Согласно другому подходу полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически поскольку, как энергию нельзя полностью перевести в полезную работу в соответствии со вторым законом термодинамики, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный
экологически безопасный продукт. Другими словами, полностью безотходная технология – идеальная система, к которой
должен стремиться всякий реальный технологический цикл,
и чем больше будет это приближение, тем меньшим будет
экологически опасный след. В этом отношении более реальной является так называемая малоотходная технология.
Малоотходная технология – это технология, позволяющая получать минимум твердых, жидких, газообразных и
энергетических отходов и выбросов или технология безотходная-1, которая иногда противопоставляется технологии
безотходной-3, как истинно малоотходная.
Рис. 1.2. Схема малоотходного производства
Согласно принципиальной схеме малоотходного (безотходного) производства, установление безотходности обусловлено наличием n-ступеней переработки отходов всех видов
(рис.1.2).
19
Если отходы не идут в отброс, но перерабатываются на
удовлетворение нужд основного производства (малоотходная технология) или служат сырьем для других предприятий
(безотходная технология-3), то процессы очистки и переработки отходов представляют собой как бы продолжение основного производственного цикла. Сама же очистка и переработка отходов интегрируется в особую специфическую
часть всего производственного комплекса.
Малоотходные технологии достижимы лишь в редких
учаях. В целом же необходимо стремиться как к снижению
сл
образования отходов, так и к реулитизационным циклам.
В соответствии с Декларацией по малоотходным и безотходным технологиям, принятой в Женеве в 1979 г., можно
сформировать дальнейшие направления их развития:
¾ создание бессточных технол
огических систем разного
назначения на базе существующих, внедряемых и перспективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков;
¾ разработка и внедрение систем переработки промыш-
ленных и бытовых отходов, которые рассматриваются при
этом как вторичные материальные ресурсы (ВМР);
¾ разработка технологических процессов получения
традиционных видов продукции принципиально новыми методами, при которых достигается максимально возможный
перенос вещества и энергии на готовую продукцию;
¾ разработка и создание территориально-промышлен-
ных комплексов (ТПК) с возможно более полной замкнутой
структурой материальных потоков и отходов производства
внутри них;
¾ модернизация существующих газоочистных установок
и разработка новых технологических процессов по очистке
газопылевых выбросов.
Большая работа проводится в различных странах по
созданию так называемых «банков отходов», т. е. по систематизации отходов различных отраслей промышленности,
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]