ЭКОЛОГИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Ресурсный цикл промышленного предприятия

Человек вынужден увеличивать добычу природных ресурсов, так как не имеет возможности использовать их полностью или много­кратно. Мы вовлекаем природные ресурсы в ресурсный цикл. Схема ресурсного цикла (Резчиков Е.А., Лапин В.Л. и др.) представлена на рис. 7.

Ресурсный цикл - это совокупность превращений и перемеще­ний вещества (или группы веществ) па этапах его выявления, добычи, транспортировки, переработки, производства продукции и возвраще­ния в цикл.

Расемо фим ресурсный цикл на примере технологического про­цесса промышленного предприятия. Согласно законам термодинами­ки асе технологические процессы можно подразделить на 3 катего­рии: I - незамкнутые (открытые); (1 - замкнутые; III - изолированные (рис. 8).

I.

Рис. 8. Классификационные схемы технологических процессов

Абсолютное большинство реальных технологических процессов относятся к незамкнутым (I), в отличие от биосферного круговорота.

Замкнутыми считаются такие системы, в которых отсутствует обмен веществом, но возможен обмен энергией с внешней средой (II), т.е. отсутствуют отходы. Например, сборка изделия из готовых деталей (во внимание не принимается обмен с внешней средой исходным сырьем и продукцией - отложенный отход). Замкнутый технологиче­ский процесс нельзя считать экологичным, если он сопровождается вредными физическими воздействиями: тепловыми выбросами, шу­мами и ЭМП.

Теоретически возможны изолированные (III) процессы, которые не дают ни материальных, ни энергетических отходов.

Важнейшее свойство любого производства - его ресурсоемкость. Ресурсоемкость — это количество ресурсов, потребляемое для выпус­ка единицы продукции.

Проблема ресурсосбережения должна решаться на каждом этапе технологического процесса. Номенклатура и объем поставок ресурсов для государственных нужд разрабатываются и доводятся до предпри­ятий Министерством экономики РФ. Правительство РФ ежегодно ут­верждает объемы и сроки поставок ресурсов для обеспечения госу­дарственных нужд. Государственные предприятия пользуются льго­тами по предоставлению ресурсов, кредитов банков, налогам на при­быль.

Общее руководство управления ресурсами осуществляет руково­дитель и главный инженер предприятия, а координирует работу отдел материально-технического снабжения.

Экологичность производственных процессов можно оценить с помощью метода сырьевых балансов, который основан на законе сохранения: масса всех используемых ресурсов (сырья, топлива, воды и т.д.) равна массе готовых продуктов и промышленных отходов.

Незамкнутому производственному процессу соответствует урав­нение материально-технического баланса.

Р=П+О = (Р ~О_У) + О,

где Р - потоки ресурсов (сырье, полуфабрикаты); /7- потоки готовой продукции;

О - потоки отходов (загрязняющие вещества и энергия); О„ - потоки уловленных отходов.

Отходность производства оценивают по коэффициенту отходности:

Кож = О'/Р.

Соответствен по, коэффициент безотходности:

Если К,-, = 0,9-1 - почти безотходный процесс, К,-, = 0,5-0,9 - ма­лоотходный процесс. К,-, < 0,5 -- отходный процесс.

В замкнутом производственном цикле происходит полная пере­работка и утилизация уловленных отходов О_г, которые вновь возвра­щается в сферу производства (О = О_у, а Р = П).

В качестве характеристик потоков принимаются не только массо­вые расходы вещества, но и его концентрация, температура, расход тепла.

Принципы улучшения экологических показателей различных отраслей промышленности

Более прогрессивное направление очистки выбросов и стоков от загрязнителей - улавливание отходов в виде вторичного сырья.

Экологизация промышленного производства

Экологизация промышленного производства - это одновремен­ное снижение ресурсоемкое и отходности производственных про­цессов и увеличение доли выпускаемой продукции. Направления снижения природоемкости:

• применение новых ресурсосберегающих и малоотходных технологий;

• кооперирование разных производств с целью максимального использования отходов а качестве вторичньгх ресурсов. Создание замкнутых потоков сырья, продукции и отходов;

• создание новых видов продукции с длительным сроком служ­ бы;

• разработка эффективных систем утилизации отходов.

Для снижения природоем кости производства необходимо объе­динить все эти способы.

Экологизация энергетики

Помимо требований, предъявляемых к промышленному произ­водству, необходимо заменять невозобновимые источники энергии возобновимыми. Что касается ядерной и термоядерной энергетики, то кроме существования потенциальной опасности радиационного за­грязнения, имеет место тепловое загрязнение.

Экологически чистым химическим топливом может стать водо­род, полученный на основе гелиоэнергетического фотолиза воды, т.е. диссоциации - распада вещества под действием поглощенного света.

Не только близость исчерпания топливных ресурсов, но и гло­бальная экология требуют экологизации энергетики.

Экологизация транспорта

Экологизация транспорта предполагает:

• организацию транспортных потоков (маршруты);

• создание новых, более экологичных двигателей, транспортных средств и .энергоисточников;

• замена вредных топливных присадок каталитическими средст­вами сжигания;

• дожигание выхлопов ДВС;

• пассивная и активная защита от шума.

Повышение надежности техники эквивалентно сокращению ее выпуска.

Экологизация сельского хозяйства.

Помимо требований, предъявляемых к промышленности, должны применяться следующие меры;

• замена минеральных удобрений органическими;

• замена пестицидов биологическими средствами борьбы с вре­дителями;

• исключение гормональных стимуляторов и химических добавок при кормлении животных;

научный подход в использовании трансгенных форм сельскохозяйственных растений (воздушная кукуруза) и других про­дуктов генной инженерии (постная свинина).

Малоотходные технологии

Сделать производство полностью безотходным невозможно. Ре­шить такую задачу нереально. Ставить такую задачу равносильно на­мерению изобрести вечный двигатель второго рода - без энтропий­ный. Условно безотходными могут быть только отдельные стадии технологического цикла производства.

В 1984 г. в г. Ташкенте состоялся семинар Европейской экономи­ческой комиссии ООН по малоотходной технологии, где дано было определение безотходной технологии:

«Безотходная технология - это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно исполь­зуются сырье г/ энергия и цикле «сырьевые ресурсы - производство •• потребление - вторичные сырьевые ресурсы». При этом воздействия на ОС не нарушают ее нормального функционирования».

Часто употребляется термин «чистое производство», при котором сводится до минимума риск для людей и ОС. Применительно к про­цессам это рациональное использование сырья и энергии, применение нетоксичных материалов, уменьшение степени токсичности выбросов и отходов производства. Применительно к продукции это безопасный для ОС жизненный цикл продукта от добычи до утилизации.

Эти понятия не подразумевают полной безотходности производ­ства.

Требования, предъявляемые к созданию малоотходных ресурсос­берегающих технологий:

• сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии;

• комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;

• цикличность и замкнутость материальных потоков при ми­нимизации производственных отходов;

• применение непрерывных процессов, сокращение времени технологических циклов, сокращение числа промежуточных операций;

• автоматизация, роботизация производственных процессов, внедрение наукоемких технологий;

- типизация, унификация, стандартизация изделий;

• максимальная замена первичных ресурсов вторичными;

• внедрение биотехнологий обезвреживания отходов для полу­чения биофильных веществ.

Классификация малоотходных технологий

Технологии I рода - это технологии, основанные на сокращении числа технологических переходов, наукоемкие технологии.

В черной металлургии разработана технология восстановления Ре из рудных концентратов водородом. Благодаря новому методу устра­няются стадии доменного передела, производства кокса и агломерата. При производстве стали по этой технологии расход воды уменьшает­ся в 2-3 раза, сокращаются объемы сточных вод, выбросы в атмосфе­ру пыли, 5О_г и др.

Другим примером малоотходного технологического процесса служит порошковая металлургия. Она позволяет создавать материалы с уникальными свойствами. Если при металлообработке литья и про­ката уходит в стружку до 60-70% металла, то при изготовлении дета­лей из пресс-порошков потери материалов не превышают 5-7%, Пре­имущества порошковой металлургии выражаются не только в эконо­мии черных металлов, но и в снижении загрязнения атмосферы и во­ды.

В машиностроении малоотходными технологиями являются процессы обработки металла без снятия стружки. Это литье, методы обработки давлением (прокатка), холодная штамповка. Названные технологии дают не только большие технико-экономические выгоды, но и уменьшают образование отходов, позволяют значительно повы­сить коэффициент использования металла (КИМ) — один из основ­ных критериев совершенства технологий.

Одним из важных направлений машиностроения является замена металлов на полимеры и их композиции. Детали из полимерных ма­териалов в отдельных случаях работают в 5-10 раз дольше, чем ме­таллические.

Технологии первого рода направлены на технологическое пере­вооружение, требуют наибольших вложений и времени.

Технологии II рода - это процессы:

• рециркуляции - многократное возвращение веществ в техно­логический процесс;

• регенерации — возвращение исходных качеств отработавшему продукту (регенерация травильных растворов и электролитов гальва­нического производства, с мазо ч но -охлаждающих жидкостей - СОЖ);

• рекуперации- возвращение части материалов или энергии для повторного использования в технологическом процессе (рекуперация минеральных масел, СОЖ);

• утилизации (лат. «ийИз» - полезный) - употребление с пользой (утилизация токсичного ила городских очистных сооружений для нужд сельского хозяйства и строительства, переработка отходов жи­вотноводства для получения биогаза).

Особенность этих технологий состоит в том, что они возвращают в основной процесс необходимые компоненты и в то же время пре­дотвращают загрязнение ОС. Без них основной технологический про­цесс невозможен.

Технологии III рода - это процессы, в которых депонированные токсичные отходы производства используются для вторичной перера­ботки и получения новых продуктов с пониженной токсичностью (из­готовление керамзита, шлакоблоков из отходов добывающей про­мышленности и металлургии; производство сантехнических изделий из автопокрышек).

Наиболее актуально внедрение технологий рециркуляции и пере­работки отходов (II и III рода). Одновременно с этим необходимо на­ходить возможности перехода к технологиям I рода.

Оценка отходности технологии

В настоящее время нет универсальной методики определения отходности технологий. Но в ряде отраслей промышленности такие оценки применяются.

Коэффициент безотходности производства равен:

где /- коэффициент пропорциональности;

Км - коэффициент использования материальных ресурсов.

Км та* ⁼ 0,98-0,99 - с такой цикличностью обращаются биогенные элементы в природе;

Кэп - коэффициент использования энергетических ресурсов - это КПД технологических процессов. Прогрессивный К_Эн = 0,8-0,9; передовых решений К_Эн " 0,7-0,8;

Кэк ~ коэффициент соответствия экологическим требованиям.

должен быть близок к 1, поскольку необходимо учитывать токсичность отходов.

О <К$ < 1. Если Кг, и 0,8-0,9, производство относят к категории малоотходных в зависисимости от мощности предприятий; К_к > 0,95--0,98 •• к безотходным.

Для энергетики, промышленности и транспорта необходим еще один критерий - коэффициент вредного действия (КВД). КПД все­гда меньше I . КВД может быть больше ! . Это означает, что промыш­ленный объект наносит вред окружающей среды (ОС), КВД можно использовать как критерий природоемкости, а его снижение как кри­терий экологизации производства.

Комплексная переработка сырья

Комплексная переработка сырья - это не только бережное расхо­дование природных ресурсов, но и уменьшение поступления отходов в ОС.

Предположим, что добываемая руда содержит несколько полез­ных компонентов. Если добывающее предприятие извлекает только один, интересующий его компонент, то второй компонент попадает в отвалы и станет загрязнителем ОС. Эти отвалы можно либо захоро­нить, либо переработать. В последнем случае второй полезный ком­понент выпадает из основного технологического процесса.

Альтернативой традиционной технологи служит комплексная переработка сырья с извлечением всех компонентов. Примером мо­жет служить переработка апатитонефелииовой руды Кольского ме­сторождения. Она содержит 13% апатита, 30-^0% нефелина и другие минералы. Добытая руда разделяется метолом флотации на апатито­вые и нефелиновые концентраты. Из апатита получают фосфорную кислоту, фосфорные удобрения и фосфогипс. Из нефелинового кон­центрата и известняка получают глинозем, соду и портландцемент. Данная технология не имеет аналогов в мировой практике. В других странах глинозем для производства алюминия получают только из бокситов.