Безотходные технологические процессы

Основу безотходного производства составляют организованный и сознательно регулируемый человеком кругооборот сырья, продукции, вторичных материальных ресурсов и отходов. Безотходным производством является такое производство, в котором все исходное сырье полностью перерабатывается в целевую продукцию, либо отходы предшествующего производства перерабатываются в целевую продукцию во втором (рис. 27).

1 (трад.)

Q₁

II

Ц П₂

М

Q₂

П₃

Q₃

Рисунок 27 – Принципиальная схема безотходной технологической линии

Оптимизация ресурсосберегающей химико-технологической схемы:

1. ,	(39)
2. ,	(40)
3. ,	(41)

где Q – произведенная продукция, т/год;

M – отходы, усл. т/год;

Э – удельный расход ээнергоресурсов, МДж/т.

Оптимальная область техногенных систем может быть интерпретирована следующим образом (рис. 28)

Время ()

Рисунок 28 – Оптимизация техногенных систем

9.4. Расчёт предотвращённого ущерба воздушному бассейну от выхлопных газов судовых энергетических установок [26]

В результате антропогенной деятельности в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве, военно-промышленном комплексе наносится вред окружающей среде, обусловленный выделением (эмиссией) вредных токсичных компонентов, тепла, электромагнитных полей, ионизирующих излучений, шума, вибрации, биологических токсикантов, тяжелых металлов, минеральных удобрений, моющих и поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов. В результате совокупного действия этих выделений на окружающую среду нарушается один из основных законов экологии – принцип взаимосвязи, взаимодействия человека с окружающей средой, которая приводит к вреду. Ущерб проявляется в сокращении плодородных земель и лесных массивов, загрязнении водного и воздушного бассейна, литосферы и фауны, эрозии почвы, создании условий для «парникового» эффекта планеты, уничтожении защитного озонового слоя, повышении уровня заболеваний человека и снижение его иммунной системы.

Ущерб, наносимый окружающей среде, распределяется следующим образом между оболочками Земли:

- воздушный бассейн 70%;

- водный бассейн 20%;

- литосфера 10%.

Абсолютный ущерб может быть рассчитан в зависимости от вклада вредных веществ рассматриваемого объекта антропогенной деятельности по эмпирическим и теоретическим моделям. Абсолютный ущерб выражается в грн./год.

Предотвращенный ущерб, П_і,, грн./год, определяется по формуле:

τ_і+1

П_і = Yτ_і - Yτ_і+1 (42)

τ_і

где Yτі и Yτі+1 - величина абсолютного ущерба, который возникает в разное время:

τі - до введения природоохранных мероприятий;

τі+1 - после введения природоохранных мероприятий.

Для снижения уровня деградации окружающей среды необходимо, чтобы совокупная величина абсолютного ущерба стремилась к нулю, а величина предотвращенного ущерба была максимальной.

В результате сжигания углеводородного топлива в двигателях транспортных средств (ДТС) формируются выхлопные газы, которые содержат более 250 наименований токсикантов, основные из которых углеводороды, оксид углерода, сажа, тяжелые металлы, оксиды серы и азота. На долю выхлопных газов приходится более 60% основных загрязнителей воздушного бассейна. При сжигании топлива в ДТС на выхлопе формируется аэрозоль – бидисперсная структура в системах «пары – воздух», «пыль – воздух», то есть пары жидкой фазы или пыль, которые растворяются в воздухе (тяжелые металлы, сажа).

Основные виды топлива, которые используются в ДТС:

1) бензин;

2) дизельное топливо;

3) ракетное топливо (керосин);

4) мазут.

Бензины делятся на:

• этилированые, которые содержат соединения свинца (тетраэтилсвинец) для повышения октанового числа;

• неэтилированые, которые не содержат в своем составе соединений свинца.

Этилированые бензины относят к категории высокотоксичных, поскольку в выхлопных газах содержатся, кроме основных загрязнителей, опасные токсиканты – соединения свинца, а неэтилированный бензин – к малотоксичным. Составы выхлопных газов, которые возникают при сжигании разных топлив, приведены в таблице 21, (рис. 29).

Из анализа состава выхлопных газов, полученных при сжигании разных видов топлив в ДТС, делаем вывод, что наименее вредным по уровню токсичности является дизельное топливо, далее – дизельное топливо и высокотоксичный этиловый бензин. Но, этот вывод нуждается в детальном расчетах и его анализе. Полностью перевезти ДТС на дизельное топливо невозможно, поскольку из нефти за действующими ныне технологиями ее переработки невозможно получить 100% дизельного топлива, выход дизельного топлива из нефти находится в пределах 25-35%.

Таблица 21 – Выбросы вредных компонентов выхлопных газов

Компоненты	Отработанныегазы, г/кг топлива
	Бензин	Дизельное топливо
Монооксидуглерода	370	23
Оксидыазота	21	41
Оксидысеры	1,5	6
Углеводороды	30	11
Твёрдыечастицы(сажа)	1,5	8
Соединения свинца	этилованный 0,01	0
	дизельноетопливо 0

Т – топливо,

В – воздух ,

ТВС – топливо-воздушная смесь,

Q – тепло, которое выделяется при сжигании топлива,

А – работа;

ВГ – выхлопные газы,

Аэр – аэрозоль ВГ,

СВ – соединения свинца,

н/б – неэтилированый бензин,

э/б – этилированый бензин,

ТИ – тепловой импульс,

КН – каталитический нейтрализатор.

Рисунок 29 – Принципиальная схема работы ДТС

и получение выхлопных газов.

Для улучшения расчетов в случае использования дизельного топлива бензина принимается, что выхлопной газ содержит аэрозоль, а в случае этилированого бензина ВГ содержат аэрозоль и соединения свинца.

Аэрозоли – это дисперсные системы, которые состоят из мелких твердых или жидких частичек, взвешенных в газовой сфере, в основном в воздухе. Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из жидкости, называют туманами, а в случае твердой дисперсной фазы – дымами.

Абсолютный ущерб, наносимый выхлопными газами ДТС, Y, грн./год, определяется по формуле:

Y=γ*σ*f*M, (43)

где γ – константа, числовое значение которой равняется 48 грн. за условную тону выбросов, грн./усл.т;

σ – показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха на разных территориях. На территории промышленных предприятий σ=4;

f – поправка, которая учитывает характер рассеяния массы в атмосфере. При скорости оседания массы со скоростью меньше 1 см/с, определяется по формуле:

f =[100/(100+φ*h)]*[4/(1+υ)], (44)

где h – геометрическая высота устья источника, м;

υ – среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флюгера, принимается 3 м/с;

φ – безразмерная правка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере, определяется по формуле:

φ=1+∆T/75, (45)

где ∆T – среднегодовая разность температур в устье источника и в атмосфере, максимальная в данном регионе, °C.

M – приведенная масса годового выброса вредных компонентов выхлопных газов, которая поступает в атмосферный бассейн, усл.т/год, определяется по формуле:

N

M=∑А_i*m_i (46)

i=1

где А_i – безмерный показатель относительной опасности вредного компонента і-го вида, усл.т/т;

N – число компонентов выхлопного газа;

m_і – масса выброса вредного компонента і-го вида, т/год.

В зависимости от рассматриваемых вариантов на этилированом или неэтилированном бензине находим, соответственно, абсолютные величины ущерба Yэ/б и Yн/б.

Далее находим предотвращенный ущерб, П, грн./год, полученное в результате перехода на менее токсичное топливо – дизельное топливо, по формуле:

П=Y_э/б–Y_н/б (47)

и удельный предотвращенный ущерб, грн./т, по формуле:

П_уд.= П/Q, (48)

где Q -масса использованного топлива, т/год.

Масса выбросов загрязнений, т/год, при работе ДТС на этилированом бензине определяется по формуле:

М_э/б= Q(С_св*А_св*α+ С_аер*А_е/б) (49)

Абсолютный ущерб, грн./год, при работе ДТС на этилированом бензине определяется по формуле:

Y_э/б=γ*σ*f*M_е/б (50)

Масса выбросов загрязнений Мн/б, т/год, при работе ДТС на дизельном топливе определяется по формуле:

М_н/б= Q*С_аер*А_н/б (51)

Абсолютный ущерб, грн./год, при работе ДТС на дизельном топливе определяется по формуле:

Y_н/б=γ*σ*f*M_н/б (52)

Величина предотвращенного ущерба, грн./год, определяется по формуле:

П=Y_э/б–Y_н/б (53)

Величина удельного предотвращенного ущерба, грн./т, определяется по формуле:

П_уд.= П/Q, (54)

Вопросы для самопроверки.

1. Какие существуют этапы эволюции общества?

2. Что такое биосферы?

3. Как можно назвать и охарактеризовать устойчивое общество согласно концепции ООН?

4. В чем проявляется пагубность идеологии современного общества на устойчивое его развитие?

5. Каковы основные пути перехода и направления к устойчивому развитию общества?

6. Каковы основные пути перехода к устойчивому развитию общества?

7. Что такое ущерб, предотвращенный ущерб окружающей среде?

8. Что такое безотходные технологические процессы?

9. Что может спасти нашу цивилизацию?