ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Конспект лекций

71

ной, установку теплоутилизационных теплообменников, прокладку дополнительных газопроводов и тепловых сетей. При этом срок окупаемости вложенных средств до 2 лет имеют только системы использования биогаза в Армавире, Краснодаре и Туапсе.

По мнению многих ученых и специалистов, проблема отходов должна решаться на месте их образования путем внедрения ресурсовозобновляющих технологий (РВТ), обеспечивающих минимизацию промвыбросов и выхода вторичных отходов.

Концепция РВТ впервые была предложена еще в 60-х гг. А. Нагорным. В настоящее время в г. Запорожье (Украина) вводится в строй первый в мире завод РВТ производительностью по ТБО – 1000-1500 т/сут. Он имеет узлы технохимической, физико-химической и биотехнологической обработки отходов. Вторичные ресурсы найдут применение в качестве биотоплива, металлолома, стройматериалов и т. д.

В развитие концепции РВТ А. Семенов и И. Максимов (1995 г.) предложили создать экозащитные системы нового поколения – многопрофильные комбинаты «Экополигон», способные перерабатывать все виды антропогенных отходов данного города и региона. При этом более 80 % отходов превращаются во вторичные ресурсы и биосферные вещества, восстанавливается качество ОС путем санирования (оздоровления) старых свалок и других мер. Данный вариант решения проблемы отходов, в основе которого лежит теория трофо-энергетического функционирования экосистем и круговорота веществ (т. е. отходы одних служат продуктами питания и энергии для других), позволяет: использовать экологически безопасные технологические процессы; исключить прямое сжигание органических веществ; обеспечить совместимость конечных продуктов с биосферой и включение их в круговорот веществ в природе; возместить издержки производства за счет использования вторичных ресурсов, отдельных видов промышленной продукции, платы за отходы, предотвращение ущерба ОС.

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

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

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

72

3. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ ПРОИЗВОДСТВА, ЗАМКНУТЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЦИКЛЫ

Сущность безотходного производства

Каждый формируемый объект и промышленное производство наделены комплексом техногенных свойств, обуславливающих потенциально опасный уровень антропогенных изменений природных объектов в соответствии со спецификой взаимодействия с окружающей средой. С этой точки зрения, любой создаваемый объект или промышленное производство можно оценить с позиций возможных антропогенных состояний объектов природы, являющихся мерой экологической чистоты данного объекта (промышленного производства).

Требование экологической чистоты при создании объектов и промышленных производств продиктовано необходимостью минимального отрицательного воздействия на компоненты окружающей природной среды. В настоящее время разработано много технологических процессов, при которых исключаются потери и выбросы в окружающую среду отходовзагрязнителей. Многочисленные экологические исследования, выполненные в разных странах, показали, что строительством очистных сооружений невозможно полностью решить задачу по предотвращению загрязнения объектов гео- и биосферы. Более того, огромное количество разнообразных веществ, необходимых обществу, потребляют и перерабатывают с большими отходами, которые выбрасывают в окружающую среду. Ценное сырье в ряде случаев перерабатывают по схеме так называемого однократного неполного использования, что сопровождается выбросом значительной его части со всеми отрицательными последствиями этого для окружающей среды.

Одним из основных условий ускорения темпов внедрения безотходной технологии является разработка новых инженерно-экологических принципов проектирования и создания промышленных производств, отвечающих требованиям максимальной экологической безопасности. В настоящее время отсутствие в должной мере учета экологических вопросов при проектировании объектов и технологических процессов приводит к тому, что главную нагрузку в области охраны среды в ближайшее десятилетие будут по-прежнему нести водо- и газоочистные сооружения. В лучшем случае, учитывая рост количества и мощностей указанных сооружений, повышением эффективности их работы можно добиться стабилизации накопления веществзагрязнителей.

Для оценки экологической эффективности технологических процессов используется показатель экологичности для вредных воздействий на окружающую среду при производстве единичной полезной продукции. Другой не менее важный критерий оценки показатель ресурсоемкости – доля расхода

73

энергии, воды, воздуха, сырья и других природных ресурсов при производстве единичной полезной продукции. В современных условиях эти показатели, к сожалению, весьма велики. Применение ресурсосберегающих технологий приоритетно. Эти технологии должны характеризоваться бережным отношением к первичным ресурсам, извлекаемым из природной среды; рациональным использованием вовлеченных в технологический процесс материальных и энергетических ресурсов; применением технических решений для получений полезного эффекта от остающегося от технологического процесса носителя вещества и энергии.

Безотходное производство необходимо для принятия решения по более эффективному и экономному использованию вовлекаемых в производственную деятельность природных ресурсов.

Анализ потоков энергии и вещества внутри территориально - производственных комплексов показывает, что масса продукции каждого последующего этапа меньше массы предыдущего на значение массы отходов в одной или нескольких фазах: твердой, жидкой и газовой.

Объективные оценки степени полезности отходов обосновывают их возвращение в производственный процесс. С интенсификацией производства стали использоваться более экологически чистые технологии, которые позволили повторно вовлекать в производство его побочные продукты и отходы сферы потребления. Уменьшением образования отходов можно повысить рентабельность производства и коэффициент использования ресурсов, существенно сократив расходы на природоохранные мероприятия.

Малоотходные (безотходные) технологии и замкнутые циклы – одна из самых радикальных мер защиты окружающей среды от загрязнений. Далее сформулированы четыре основных направления их развития (в соответствии с Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов, принятый в Женеве в 1979 г.).

1.Создание бессточных технологических систем разного назначения на базе существующих и перспективных методов очистки и повторнопоследовательного использования нормативно очищенных стоков.

2.Разработка и внедрение систем переработки промышленных и бытовых отходов, которые рассматриваются при этом как вторичные материальные ресурсы (ВМР).

3.Разработка технологических процессов получения традиционных видов продукции принципиально новыми методами, при которых достигается максимально возможный перенос вещества и энергии на готовую продукцию.

4.Разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с возможно более полной замкнутой структурой материальных потоков и отходов производства внутри них.

Критерием безотходной технологии является такое комплексное использование сырья и энергии, при котором процесс производства продукции

74

не сопровождается загрязнением окружающей среды. При этом техногенный круговорот сырья, продукции и отходов предопределяет замкнутость производственного цикла, что по существу и составляет основу безотходной технологии. Принцип безотходной технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: разработку новых технологических рецептов, аппаратурного оформления, экономических, экологических мероприятий и т.д.

К концепции безотходной технологии существует два подхода. Один основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым сырье (материя) всегда может быть 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, полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически (подобно тому, 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 приближение, тем меньшим будет экологически опасный след.

В этом отношении более реальной является так называемая малоотходная технология – такой способ производства продукции, когда вредное воздействие на окружающую среду доведено до санитарно – гигиенических норм и соответствующих предельно допустимых концентраций (уровней) ПДК (ПДУ).

Иногда используют понятие «экологически чистая технология», подразумевая такой метод производства продукции, при котором сырье и энергию применяют настолько рационально, что объемы выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены к минимуму. Таким образом, приняв, что полностью безотходная технология – это идеальная модель производства, можно утверждать, что и малоотходная технология требует определенных корректирующих коэффициентов, оценивающих степень их приближения к безотходной.

Имеется ряд подходов к определению безотходности производств: экспериментальная оценка, оценки по сырьевому и энергетическому балансам, полноте использования эксэргии, общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.

Общий баланс относительной токсичности массы (ОТМ) вредных веществ:

(МС МВ ) МН МР 0 ,

75

где МС + МВ – масса отходов, поступающих в окружающую среду со сточными водами и газовыми выбросами; ∑ МН – масса нейтрализованных отходов; ∑ МР – масса рассеянных отходов.

Относительную экологичность типового процесса, технологической линии, цеха определяют по формуле:

А(МС МВ ) МН 100% ,

(МС МВ )

При А→ 0 процесс является безотходным.

Методология оценки категории безотходности химических производств предполагает, что коэффициент безотходности

kб kа , kм, kэ ,

где kм и k э – коэффициенты полноты использования соответственно материальных и экологических ресурсов; k а- коэффициент соответствия экологическим требованиям. Производства в зависимости от величины k б и мощности разделяют на три категории: безотходные (k б ≥ 0,97), малоотходные (0,80– 0,90<k б <0,90-0,97) и рядовые (k б ≤0,80).

Для угольной промышленности:

kб 0,33 kп kв kпг ,

где k п – коэффициент использования породы, образующейся в результате горных работ; k в - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля; k пг – коэффициент использования пылегазовых отходов.

В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса, учитывая взаимодействие с окружающей средой, за критерий безотходности принят коэффициент экологического действия:

где Вт – теоретическое воздействие, необходимое для производства; Вф – фактическое воздействие; Вп – воздействие, определяемое конкретным производством.

Если Вф >> Вт , то k → 0, т.е. данное производство абсолютно не учитывает требований экологической безопасности, что неизбежно ведет к так

76

называемому экологическому «просчету» или экологическому «бумерангу». Чем выше k, тем более совершенно производство с учетом воздействий на окружающую среду и тем более существенно приближение к безотходной технологии.

Социально-экономический эффект безотходных производств определяют по комплексному критерию:

i Эi У ЗП max ,

где Эi – сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного

i

производства; У – ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; Зп – полные затраты не безотходное производство.

При наличии ряда вариантов безотходного производства должен быть выбран вариант с наибольшими η при минимальных Зп. Сочетание прогрессивной технологии с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые цеха, отдельные производственные участки, отвечающие всем требованиям экологической безопасности.

Хорошим примером безотходной технологии может служить современная технология гальванического цеха хромирования; где уловленные очистным устройством ионы тяжелого металла из промывной воды возвращаются непосредственно в ванну хромирования, а очищенная технологическая вода вновь используется для отмывки хромированных деталей. Подобных примеров можно привести достаточно много.

Безотходное производство — принцип организации и функционирования производства, в котором рационально используются все компоненты сырья и энергии в замкнутом цикле (первичные сырьевые ресурсы — производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы) без нарушения сложившегося экологического равновесия в биосфере (рис. 3.1).

Малоотходные (безотходные) технологии и замкнутые циклы производства – одна из самых радикальных мер защиты окружающей среды от загрязнений. Замкнутые циклы производства и малоотходные технологии обеспечиваются путем улучшения технологии, применения новых эффективных процессов, а также путем изменения управления производством и утилизации побочных продуктов. Основными направлениями их развития являются:

1.Создание бессточных технологических систем разного назначения на базе существенных и перспективных методов очистки и повторнопоследовательного использования нормативно очищенных стоков.

2.Разработка и внедрение систем переработки промышленных и бытовых отходов, которые рассматриваются при этом как вторичные материальные ресурсы.

77

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема безотходного промышленного производства

3.Разработка технологических процессов получения традиционных видов продукции принципиально новыми методами, при которых достигается максимально возможный перенос вещества и энергии на готовую продукцию.

4.Разработка и создание территориально-промышленных комплексов с возможно более полной замкнутой структурой материальных потоков и отходов производства внутри них [3].

Безотходная технология – экологическая стратегия промышленного производства, включающая комплекс мероприятий, обеспечивающих минимальные потери природные ресурсов при максимальной экономической эффективности.

Критерием безотходной технологии является такое комплексное использование сырья и энергии, при котором процесс производства продукции не сопровождается загрязнением окружающей среды. При этом техногенный круговорот сырья, продукции и отходов предопределяет замкнутость производственного цикла, что по существу и составляет основу безотходной технологии. Принцип безотходной технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: разработку новых технологических рецептов, аппа-

78

ратурного оформления, экономических, экологических мероприятий и т.п. по определению, принятому Европейской экономической комиссией по малоотходной технологии, «безотходная технология – это такой способ осуществления производства продукции, при котором сырье и энергия в цикле сырье-

вые ресурсы – производственное потребление – вторичные ресурсы исполь-

зуются наиболее рационально и комплексно таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования» [2,3]. Уровень воздействия отходов производства оценим индексом безотходности:

p 1 n 1

где p – виды производимой продукции (количество производств); n – виды используемых сырьевых компонентов; G – объем производимой продукции; Cpn – объем потребляемого n-сырья для производства p-продукции.

Воздействие сбросов загрязняющих веществ в водные источники оценим индексом:

Ia 1,0 ,

где I – число j-загрязняющих веществ (ЗВ); ФCjp – величина фактического сброса j-ЗВ в р-производстве (при производстве р-продукции); ПДСj – пре-

дельно допустимый сброс j-ЗВ в водные объекты.

Воздействие выбросов загрязняющих веществ в атмосферу:

где ФВjp – величина фактического выброса j-ЗВ в р-производстве (при произ- водствер-продукции); ПДВj – предельнодопустимый выбросj-ЗВватмосферу.

При необходимости учета опасности загрязнителей для биоты (по классам их опасности) следует модифицировать индексы и соответствующими весовыми коэффициентами.

79

Значимость воздействия на окружающую природную среду или ее отдельные территориальные компоненты следует регламентировать условием:

свидетельствует о значительном воздействии на окружающую среду. Следствием экологических действий должно быть стремление интегрального индекса значимости воздействия к диапазону значений 0,75÷0,95. Выбор величин 0,75 (75 %) и 0,95 (95 %) в качестве нормы, регулирующей уровень воздействия на окружающую природную среду, вытекает из анализа подобных предпочтений, принятых в ABC – методе стоимостного (функциональностоимостного) анализа.

К концепции безотходной технологии существует два подхода. Один основан на законе сохранения вещества, в соответствие с которым сырье всегда может быть 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, полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически. Другими словами, полностью безотходная технология – идеальная система, к которой должен стремиться всякий технологический цикл, чем больше будет это приближение, тем меньшим будет экологически опасный след.

В этом отношении более реальной является так называемая малоотходная технология – такой производства продукции, когда вредное воздействие на окружающую среду доведено до санитарно-гигиенических норм и соответствующих предельно допустимых концентраций, при этом часть сырья и материалов переходит в отходы, которые направляются на переработку или захоронение. Принципами разработки малоотходных технологий являются:

1.Цикличность (многоразовость) использования сырья. Реализация цикличности – это попытка человека подражать природе, в которой основным фактором является круговорот веществ.

2.Максимальное потребление большинства компонентов сырья и потенциала энергетических ресурсов.

3.Соблюдение предприятием требований по предельно допустимой экологической нагрузке (ПДЭН) и ПДК вредных веществ, т.е. поддержание такого состояния окружающей среды, при котором антропогенное воздействие не вызывает ее отрицательных изменений.

Замкнутые циклы производства и малоотходные технологии характеризуются процессами, предотвращающими загрязнение окружающей среды: рациональное использование сырья и энергии, исключением применения токсичных сырьевых материалов, уменьшением количества всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства, а также степениих токсичности.

С точки зрения продукции замкнутый цикл производства означает уменьшение его воздействия на окружающую среду в течение всего жизнен-