ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций

41

Синтез системы – обособление всех частей системы в единое целое, объединение простых подсистем в более сложную обобщенную модель (система).

В общем случае системы регулирования представляют собой сложные нелинейные, нестационарные системы с распределенными параметрами. Но, к сожалению общего метода анализа и синтеза таких систем не существует. Поэтому в практике расчета и проектирования технологических систем широко применяют линейную теорию, что объясняется рядом причин:

–методы решения нелинейных задач в случае достаточно сложных систем обычно требуют для своей реализации весьма сложных алгоритмов, а класс системы, для которых применимы эти алгоритмы, как правило, либо узок, либо не поддается точному определению;

–многие процессы и объекты достаточно широко описываются линейными моделями;

–линейное управление сравнительно легко реализуется и часто дает требуемые результаты;

–при малых отклонениях относительно опорного режима или траектории возможна линеаризация;

–методы гармонической и статистической линеаризации, позволяя в некоторой степени учесть эффект нелинейности, приводят по существу к линейным задачам;

–линейным регуляторам можно придать достаточные запасы устойчивости и в известной мере учесть их «грубость» по отношению к нелинейностям.

Кроме того, линейные методы можно в сложных случаях рассматривать как предварительный первый шаг в итерационном процессе проектирования, так как на следующем шаге возможно применение еще такого мощного средства, как имитационное моделирование с учетом нелинейностей и т. д.

Линейная теория автоматического управления в сочетании с вычислительной техникой позволяют представить весь процесс анализа и синтеза сложных систем не как процесс статистических испытаний, а как итеративный процесс, направляемый проектировщиком.

Процесс автоматизированного синтеза систем, основанный на использовании линейной теории автоматизированного управления, заключается в следующем:

–составляется математическое описание технологического процесса с учетом нелинейности, адекватное поведению реального объекта;

–осуществляется предварительный выбор (синтез) структуры технологической системы;

–составляется математическое описание всей системы с учетом нелинейности;

–осуществляется синтез законов регулирования и управления и предварительный анализ полученных результатов одним из линейных методов теории автоматизированного управления;

42

– проводятся анализ и уточнение результатов методом моделирования на ЭВМ или имитационного моделирования полной модели синтезированной системой автоматизированного управления [5].

Проектирование технологических процессов может быть значительно упрощено, если отдельные операции проектирования выполнять по типовым правилам. Именно такой подход и составляет основу идеи типизации технологических процессов. Классификация, унификация технологических схем, разработка типовой документации и типовых технологических расчетов позволяет повысить эффективность технологических разработок. При этом, чем выше упорядоченность процесса проектирования, тем совершеннее система технологической подготовки. Однако при этом доля творческого труда инженера – технолога соответственно сокращается, а объем операций поиска информации и ее переработки по типовым правилам заметно возрастает [6].

Литература

1 Гридэл, Т. Е. Промышленная экология: Учеб. Пособие для вузов/ Т. Е. Гридэл, Б. Р. Алленби/ Пер. с англ. под ред. проф. Э.В. Гирусова. – М.: ЮНИТИ – ДАНА, 2004. – 513 с. Библиотека КГТУ

2Инженерная экология: Словарь – справочник: Около 6000 слов/ В.А. Баранов, Л. Н. Горбунова, В.М. Журавлев и др., Под общ. ред В. М. Журавлева, О. Н. Русака. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. – 601 с. Библиотека КГТУ

3Синопальников, В. А. Надежность и диагностика технологических систем: Учебник/ В. А. Синопальников, С. Н. Григорьев. – М.: Высш. шк., 2005. – 343 с. Краевая библиотека

4Калыгин В. Г. Промышленная экология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/ В.Г. Калыгин. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 432с. Библиотека КГТУ

5Автоматизированное проектирование систем автоматического управления/ Я. Я. Алексанкин, А. Э. Бржозовский, В. А. Жданов и др., Под ред. В. В. Солодовникова. – М.: Машиностроение, 1990. – 332 с. Библиотека КГТУ

6Автоматизация проектирования технологии ковки на молотах/ В. Н. Трубин, С. Д. Шалягин, С. Н. Орлов и др. – М.: Машиностроение, 1974. – 160с. Библиотека КГТУ.

7.Козловский В.А. Производственный менеджмент: Москва, 2003.

8.Акимова Т.А, Хаскин В.В. Экология – М.:ЭНИТИ, 1998.

9.Калыгин В.Г. Промышленная экология: Учебное пособие для студентов высших заведений – Москва,2004.

10.Производственный менеджмент. Учебник для вузов / Под ред. проф. Ильенковой С. Д.. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.

43

2. ТВЕРДЫЕ И ЖИДКИЕ ОТХОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛИТОСФЕРЫ, СПОСОБЫ СОКРАЩЕНИЯ ОТХОДОВ

Виды отходов производства и масштабы их образования

Отходы производства – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства и потребления, а также продукции, которая утратила свои потребительские свойства. Отходы могут быть самыми различными (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Основные виды отходов (В. А. Вронский, 1996 г.)

Промышленные отходы (или отходы производства) – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. К таким отходам можно отнести и отходы потребления – изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Классификация отходов по агрегатному состоянию (рис. 2.2) (твердые, жидкие, газообразные или пылегазовые) позволяет более точно идентифицировать отходы, что является очень важным при выборе способа и технологии обращения с отходами (сжигание, утилизация, захоронение). Например, газообразные отходы хранятся в специальных емкостях или резервуарах, жидкие отходы - в герметичных контейнерах. Способы накопления и хранения твердых отходов достаточно разнообразны (контейнеры, площадки, полигоны и др.).

44

Рисунок 2.2 - Классификация отходов по агрегатному состоянию

При определении технологии обращения с отходами пользуются классификацией отходов по степени горючести и взрывоопасности. Не следует забывать и о токсичности отдельных видов отходов.

В ряде случаев применяется система классификации отходов по производственным циклам, основанная на отраслевом принципе, позволяющая проводить детализацию по технологическим стадиям производства основного продукта с целью выявления операций (стадий), при которых образуются побочные продукты, не предусмотренные основным технологическим циклом. Например, в химической промышленности при синтезе органических продуктов образуются объемные остатки, не предусмотренные целевым синтезом (при ректификации, перегонке и др.). В отдельных случаях применяются другие системы классификации отходов, которые носят узко профессиональный или сугубо ведомственный характер.

Все рассмотренные выше системы классификации отходов в основном направлены на решение задач по использованию отходов в качестве вторичного сырья и отражают скорее количественные показатели, чем качественные. Однако физико-химический состав отходов производства и потребления

45

имеет большое значение при выборе технологии дальнейшего обращения с отходами.

|Классификация отходов по физико-химическим свойствам и характеристикам особенно важна при оценке влияния отходов на окружающую среду, и в первую очередь это касается токсичных и опасных отходов.

Характеристикой токсичности вещества считается показатель летальной дозы ЛД50, при которой у 50% подопытных индивидуумов наступает летальный исход. Значения токсичности, полученные на опытах с животными, являются основой для законодательного определения предельно допустимой концентрации ПДК вредных веществ.

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) разработала систему классификации опасных промышленных отходов, которая принята ООН в рамках программы по окружающей среде и включает перечень токсичных и опасных компонентов промышленных отходов. В этот перечень включены такие вещества как: мышьяк и его соединения, фармацевтические препараты, канцерогенные полициклические и ароматические галогенорганические соединения, за исключением полимерных материалов, ртуть и ее соединения и многие другие. Степень опасности отходов зависит не только от класса и концентрации токсичных веществ, содержащихся в отходах, но и от синергического эффекта нескольких компонентов.

В последнее время в ряде Европейских стран классификация отходов производится с позиций их экологичности. Однако такой подход затрудняет процесс оценки отходов как сырья или материалов с целью дальнейшего использования их в сфере производства и потребления. Одной из основных задач производственной и коммерческой деятельности следует рассматривать экономию сырьевых и энергетических ресурсов. В этой связи происходит сближение интересов производителей и потенциальных потребителей отходов, владеющих современными технологиями и производственными мощностями по использованию отходов в качестве сырья.

Отходы, в отличие от первичного сырья, заранее не ориентированы на конкретную технологию (область) их использования. Например, одни и те же отходы могут быть использованы в различных сферах производства и потребления. Поэтому для обоснованного выбора системы классификации отходов по названному принципу целесообразно принимать во внимание отличительные особенности отходов в сравнении с кондиционным первичным сырьем и материалами. Используя отличительные признаки (особенности) все отходы можно объединить в три группы [3]:

1. Отходы, которые в отличие от первичного сырья имеют неблагоприятные характеристики однородности, чистоты и состава. Причинами этого являются: различная степень износа, деструкции, загрязненности, климатические и другие факторы, вызывающие значительный разброс физикохимических характеристик и технологических свойств вторичного сырья.

47

вании добываемых или синтезируемых сырья и материалов. Изучение вторичного сырья должно быть направлено, с одной стороны, на выделение его техногенных характеристик и свойств, которые бы позволили вовлечь отходы в эффективные технологические процессы их переработки. С другой стороны, детальное исследование физико-химических свойств отходов позволило бы определить их воздействие на человека и окружающую среду, что необходимо для обоснованных решений об их складировании, захоронении, уничтожении.

Анализ существующих подходов и систем классификации отходов как вторичных материальных ресурсов (BMP) показывает, что параметры, по которым характеризуются отходы как BMP, можно представить в виде структуры, приведенной на рис. 2.3.

Рисунок 2.3 - Структура характеристик, необходимых при классификации отходов как BMP

48

Анализ отходов

Системы классификации отходов, наряду с количественными показателями отходов, включают их качественные характеристики и свойства, которые составляют основу паспорта отходов.

Бытовые (коммунальные) отходы – твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В соответствии с приказом Министерства природных ресурсов (МПР) России от 15.06.2001 г. № 511 «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей при родной среды» все отходы подвергнуты классификации по опасности для окружающей среды (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Критерии отнесения отходов к классу опасности для окружающей среды (ОС)

49

Общее количество опасных отходов для России можно оценить только приблизительно. Округленные данные из Государственных докладов приведены в табл. 2.2 (В. М. Гарин и др., 2005 г.).

Таблица 2.2 Накопление твердых промышленных отходов за 1998-1999 гг.

Проблема отходов в настоящее время весьма остро стоит во многих странах мира. В частности, в городах США образуется ежегодно около 150 млн. т отходов, а в значительно меньшей по размеру Японии их количество превышает 72 млн. т ежегодно.

Согласно расчетам специалистов, норматив накопления твердых промышленных отходов (ТПО) для России выше, чем для развитых европейских стран: 2,1 и 1,5 кг/сут.·чел соответственно. Наибольшая часть из сотен миллионов тонн промышленных отходов образуется угольной промышленностью, предприятиями черной и цветной металлургии, тепловыми электростанциями, промышленностью строительных материалов.

Впоследние годы возросло количество опасных (токсичных) отходов, которые способны вызывать отравление или иное поражение живых существ.

Кним относятся, прежде всего, различные ядохимикаты, не использованные в сельском хозяйстве, отходы промышленных производств, содержащие канцерогенные и мутагенные вещества, и другие. В США 41 % твердых бытовых отходов (ТБО) классифицируют как «особо опасные», в Венгрии – 33,5 %, в то время как во Франции – 6 %, Великобритании – 3 %, а в Италии и Японии – только 0,3 %.

Внашей стране накоплено около 80 млрд. т отходов (А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая, 1999 г.), и ежегодно их количество увеличивается. К началу 1997 г. на предприятиях различных отраслей промышленности скопилось

50

более 1,4 млрд. т только токсичных отходов. Острым является вопрос о так называемых химических «ловушках» – давно забытых захоронениях опасных отходов, на которых построили жилые дома и другие объекты. Они со временем дают о себе знать, в частности, появлением необычных заболеваний среди местного населения. Учет подобных захоронений в США показал, что имеется в наличии не менее 32 тыс. потенциально опасных; в ФРГ – выявлено около 50 тыс. таких участков, в Нидерландах – 4 тыс. Химическими ловушками могут быть и более 80 мест ядерных взрывов под землей, проведенных в интересах экономики на территории России.

Сертификация отходов

Обращение с отходами – деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов.

В России основы обращения с отходами производства и потребления определяются Федеральным Законом РФ от 24.06.98 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (с изменениями от 29.12.2000 г.) и другими нормативными документами. Федеральный классификационный каталог отходов – перечень образующихся в Российской Федерации отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков: происхождению, агрегатному и физическому состоянию, опасным свойствам, степени вредного воздействия на ОС. На основании этих данных для внесения в каталог отходу присваивается код с системой 13-уровневой классификации и кодирования отходов (табл. 2.3).

Тринадцатизначный код определяет вид отходов, характеризующий их общие классификационные признаки. Первые восемь цифр используются для