что можно использовать для оценки приближения технологии к безотходной
Безотходные технологии
Безотходная технология — подразумевает собой наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту для окружающей среды.
Что такое безотходное и малоотходное производство?
Впервые определение безотходного производства было использовано и внедрено Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1972 г. Благодаря продуманной технологии она позволяет наиболее рационально использовать ресурсы и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
Предпосылками развития малоотходного производства являются:
В качестве примеров безотходного (малоотходного) производства можно рассматривать экосистемы, а также домашнее хозяйство.
Возможно ли полностью безотходное производство?
Учитывая то, что в процессе производства всегда будет оставаться изношенное оборудование, а также материалы, не поддающиеся дальнейшей обработке, организовать полностью безотходное производство невозможно. Однако работать над тем, чтобы человеческая деятельность приносила минимальный вред среде можно и нужно.
Критерии безотходности
Степень воздействия производства на окружающую среду рассчитывается исходя из следующих факторов:
Коэффициент комплексности, отражающий процент веществ, полученный из первичного сырья, должен превышать 75-80% для малоотходного производства и от 95% для безотходного.
Требования к безотходному производству
Внедрение безотходных технологий осуществимо при соблюдении ряда требований:
Принципы безотходной технологии
Создание безотходного производства основано на следующих четырех принципах:
В целом, переход на малоотходное производство требует настолько существенной реорганизации процесса производства на всех стадиях, что осуществить все мероприятия в короткие сроки невозможно. Но постепенно переходя от одного этапа к другому можно сделать его более экологичным и безопасным.
Основные направления безотходной и малоотходной технологии
К направлениям развития безотходных технологий относятся:
Лекция 16. Концепция безотходного производства
Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. — 176с.
Лекция 16. Концепция безотходного производства
По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий. Скорейшее их решение в ряде стран рассматривается как стратегическое направление рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс – ТПК), при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования. Эта формулировка не должна восприниматься абсолютно, т.е. не надо думать, что производство возможно без отходов. Представить себе абсолютно безотходное производство просто невозможно, такого и в природе нет. Однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. Другими словами, мы должны выработать критерии такого ненарушенного состояния природы, о чем говорилось в предшествующих лекциях.
Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным производством следует понимать такое производство (процесс, предприятие, объединение, ТПК), результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, т.е. ПДК. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.
В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т.е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными.
Однако возникает вопрос, какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направляться на длительное хранение или захоронение? В этой связи в ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемый долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он уже превышает 80%.
В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства
где 
и 
– коэффициенты использования соответственно породы, образующейся при горных работах, попутно забираемой воды при добыче угля (сланца) и использования пылегазовых отходов.
Как известно, добыча угля является одним из самых материалоемких и экологически сложных в народном хозяйстве процессов. Для этой отрасли установлено, что производство является безотходным (правильнее – малоотходным), если коэффициент безотходности превышает 75 %. В случае использования наряду с вновь образующейся породой отвалов прошлых лет, коэффициент безотходности может быть более 100 %.
Вероятно, в первом приближении для практических целей значение коэффициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75 % и выше, можно принять в качестве количественного критерия малоотходного, а 95 % – безотходного производства и в ряде других материалоемких отраслей народного хозяйства. При этом, безусловно, должна учитываться токсичность отходов.
Безотходная технология – это идеальная модель производства, которая в большинстве случаев в настоящее время реализуется не в полной мере, а лишь частично (отсюда становится ясным и термин «малоотходная технология»). Однако уже сейчас имеются примеры полностью безотходных производств. Так, в течение многих лет Волховский и Пикалевский глиноземные заводы перерабатывают нефелин на глинозем, соду, поташ и цемент по практически безотходным технологическим схемам. Причем эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10–15 % ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами.
При создании безотходных производств приходится решать ряд сложнейших организационных, технических, технологических, экономических, психологических и других задач. Вместе с тем для разработки и внедрения безотходных производств можно выделить ряд взаимосвязанных принципов.
Основным является принцип системности. В соответствии с ним каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы – всего промышленного производства в регионе (ТПК) и на более высоком уровне как элемент эколого-экономической системы в целом, включающей кроме материального производства и другой хозяйственно-экономической деятельности человека природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания. Таким образом, принцип системности, лежащий в основе создания безотходных производств, должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.
Другим важнейшим принципом создания безотходного производства является комплексность использования ресурсов. Этот принцип требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является комплексным, и в среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Так, уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платину и платиноиды, а также более 20 % золота получают попутно при переработке комплексных руд.
Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадии процесса, отдельного производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы.
Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. В качестве эффективных путей формирования цикличных материальных потоков и рационального использования энергии можно указать на комбинирование и кооперацию производств, создание ТПК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования.
К не менее важным принципам создания безотходного производства необходимо отнести требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Следует подчеркнуть, что реализация этого принципа осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.
Общим принципом создания безотходного производства является также рациональность его организации. Определяющими и здесь являются требование разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго-, материало- и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и нанесение ей ущерба, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным путем достижения этой цели являются разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств. Одним из примеров такого подхода к организации безотходного производства является утилизация пиритных огарков – отхода производства серной кислоты. В настоящее время пиритные огарки полностью идут на производство цемента. Однако ценнейшие компоненты пиритных огарков – медь, серебро, золото, не говоря уже о железе, не используются. В то же время уже предложена экономически выгодная технология переработки пиритных огарков (например, хлоридная) с получением меди, благородных металлов и последующим использованием железа.
Во всей совокупности работ, связанных с охраной окружающей среды и рациональным освоением природных ресурсов, необходимо выделить главные направления создания мало- и безотходных производств. К ним относятся комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов; усовершенствование существующих и разработки принципиально новых технологических процессов и производств и соответствующего оборудования; внедрение водо- и газооборотных циклов (на базе эффективных газо- и водоочистных методов); кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других и создания безотходных ТПК.
На пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований:
– осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;
– применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
– увеличение (до оптимальных значений) единичной мощности агрегатов;
– интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;
создание энерготехнологических процессов. Сочетание энергетики с технологией позволяет полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов. Примером таких производств служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме.
Конечная цель безотходного производства достигается при прохождении нескольких ступеней переработки отходов всех видов. Система малоотходна, если на п-й стадии производства выделяемые отходы незначительно воздействуют на окружающую среду. Она считается безотходной, когда отходы п-й стадии вновь поступают в производство или становятся совершенно безвредными (рис. 20).
Рис.20. Схема малоотходной и безотходной технологических систем производства
Утилизация и ликвидация твердых отходов. Обезвреживание и утилизация твердых бытовых и промышленных отходов – последняя ступень очистки. Методы обезвреживания твердых отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики).
Выделяют биологические методы (разрушение органической части микроорганизмами), термические (сжигание на мусороперерабатывающих предприятиях, пиролиз), химические (гидролиз), механические (прессование с применением связующих на полигонах). Выбор метода для конкретного города зависит от местных условий. Разрез полигона для захоронения твердых отходов показан на рис. 21.
Рис. 21. Разрез полигона для твердых отходов: 1 – лесозащитная полоса; 2 – промежуточный изолирующий слой; 3 – твердые отходы; 4 – укрывающий наружный слой растительного грунта; 5 – естественное или искусственное водоупорное основание (по М. И. Алексееву, Е. М. Протасовскому, 1990)
Большая часть твердых промышленных отходов токсична, поэтому захоранивать их нужно в толще глины.
Особо вредные промышленные отходы принимают на полигон в герметически упакованных металлических контейнерах и захоранивают в глубоких котлованах.
В будущем большая доля потребности в сырье для промышленности должна удовлетворяться продуктами переработки промышленных и бытовых отходов.
При организации безотходных производств большое значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промышленности, например использование фосфогипса –крупнотоннажного отхода при получении фосфорсодержащих удобрений – для производства материалов строительной индустрии и в других производствах.
Раздел 5. Безотходные и малоотходные производства
Н.А. Галактионова
Промышленная экология
Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002
Раздел 5. Безотходные и малоотходные производства
5.3. Принципы безотходного производства
Вероятно, имеет смысл обратить внимание на то, что в безотходной технологии объединены два фактора, которые хотя и взаимосвязаны, но имеют свою целевую направленность, это — рациональное использование материальных ресурсов и интенсивность воздействия на окружающую среду. Рациональное использование материальных ресурсов направлено на их сбережение и носит больше экономический уклон, тогда как интенсивность воздействий на окружающую среду имеет всецело уклон в сторону экологических последствий от этого воздействия. Можно построить производственный процесс таким образом, чтобы исходное сырье и материальные ресурсы использовались достаточно полно, не взирая на экологические последствия. И обратно, иногда экологическая обстановка может быть столь обостренной, что для ее разрядки подчас следует жертвовать экономией средств и материальных ресурсов. К сожалению, с первым подходом приходится встречаться значительно чаще. В целом только комплексный подход, оптимально учитывающий и экономические и экологические факторы, может обеспечить, эффективность малоотходной технологии и максимально приблизить ее к идеальной — безотходной.
Основными принципами создания такого производства являются:
— принцип системности (когда каждый отдельный процесс рассматривается как элемент более сложной производственной системы);
— комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов (когда учитывается и возможность извлечения сопутствующих элементов);
— цикличность материальных потоков (когда замкнутый производственный цикл определенным образом моделирует природные круговороты);
— рациональная организация (когда невосполнимые потери природных ресурсов сводятся к минимуму за счет утилизации отходов);
— принцип экологической безопасности.
Обсудим некоторые из сформулированных принципов.
В соответствии с принципом системности каждый отдельный процесс рассматривается как элемент более сложной производственной системы, а на более высоком иерархическом уровне – как элемент всей эколого-экономической системы, включающей помимо материального производства и другой хозяйственной деятельности, природную среду (популяцию, атмосферу, биосферу, ландшафты и т.д.), а также человека и среду его обитания. Принцип системности должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.
Примером применения принципа системности в организации производства может служить создание замкнутых водооборотннх схем, в частности на МНПЗ, где помимо замкнутой водооборотной схемы завода имеются внутренние водооборотные цикли в каждом цехе. При зтом снижаются расходы на водоподготовку, потери воды в технологическом процессе и количество вредных внбросов. Осадки после очистки воды перерабатываются и используются в виде вторичного сырья. Металлургические шлаки успешно используются в изготовлении строительных материалов. Интересно отметить, что шлаки уральских металлургических комбинатов, которые раньше поступали в отвалы, содержат значительное количество различных металлов и на современном уровне развития металлургии могут служить сырьем для их выплавки.
Важным принципом создания безотходного производства является комплексность использования ресурсов. Он требует максимального использования всех компонентов сырья и энергоресурсного потенциала. Практически все сырье является комплексным, и в среднем не менее трети массы составляют сопутствующие элементы, которые могут быть утилизированы лишь при комплексной переработке. Так, уже сейчас почти всё серебро, висмут, платина и платиноиды, а также 20 %, золота получают попутно при переработке различных руд. Принцип комплексного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи. Конкретные формы его реализации в первую очередь зависят от уровня организации безотходного производства на стадии отдельного процесса производства и эколого-экономической системы.
Особого рассмотрения заслуживает принцип цикличности материальных потоков, учитывающий возможность моделирования природных циклов. Возврат веществ в круговорот — это не «безвозмездная» услуга, он всегда требует затрат энергии. Если источником энергии для возвращения служит солнечный свет, то людям не приходится затрачивать дорогостоящие виды топлива. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они в основном сами реализуют возврат в круговорот. В случае же промышленных материалов (к ним, например, относятся металлы) повторное их использование требует немалых затрат топлива и денежных средств, а когда запасы этих материалов становятся ограниченными, то здесь просто нет другого выхода.
Для оценки размера возврата веществ в круговорот вводится так называемый коэффициент рециркуляции, выражающийся отношением рециркулируемой доли потока вещества через систему (Мр) к общему потоку вещества через систему (М):
Коэффициент возврата может быть мал (≈10%) — при изобилии ресурсов или в случае несущественных для жизни элементов. Например, для платины и золота, которые человек считает очень ценными, КВ достигает 90% и более [3]. Естественно, что коэффициент рециркуляции энергии в принципе равен нулю, поскольку энергия проходит все системы насквозь и не используется вторично. Естественно также, что коэффициент рециркуляции ничего не говорит и о скорости, с которой вещества движутся по кругу.
Примером принципа цикличности может служить рациональное использование катализаторов при переработке нефти. Катализаторы (в том числе на основе платины) являются ценным материалом и для их работы необходимо проводить регенерацию (очистку и восстановление их свойств). При правильной организации процесса обеспечивается максимальный срок службы катализатора. После регенерации катализатор возвращается в технологический цикл, а отходы регенерации удаляются с предприятия и перерабатываются с извлечением из них ценных веществ.
В табл. 5.2 [4] представлены данные о годовой добыче и сроках исчерпания важнейших источников энергии на 1970 г. и 1989 г. (с учетом открытия новых месторождений), которые показывают некоторое увеличение времени исчерпания (для нефти и газа), хотя и весьма незначительное. Поэтому важнейшим резервом сырья является использование отходов (там где это возможно, например, металлов).
Выход из сложившейся ситуации заключается в целенаправленном повышении роли вторичных ресурсов (рационального их использования) и организации локального, регионального, а затем и глобального (в масштабах государства) техногенного круговорота веществ, в котором первичное сырье будет затрачиваться только на восполнение потерь и расширение объемов производства. В конечном итоге основным для промышленного производства должно стать вторичное сырье. Как видно из рассмотренного материала, такая тенденция уже существует. Так, в нашей стране 25-30 лет назад в готовую продукцию переходило всего 1-2% используемых сырьевых материалов, 15-20 лет назад – от 5 до 10%. Анализ использования сырьевых материалов по шести важнейшим отраслям промышленности (черная и цветная металлургия, добыча и переработка угля, производство удобрений, химических продуктов и строительных материалов), выполненный Всесоюзным институтом вторичных материальных ресурсов в 1985 г. по заданию Государственного комитета СССР по науке и технике, показал, что полезно используются уже 28,6%. Сюда входит любое полезное использование отходов, в том числе и на засыпку выработанных шахт, котлованов, выравнивание территорий, строительство дорог и т.д. Можно спорить о степени точности проведенных расчетов, но тенденция просматривается довольно убедительно.
Время исчерпания мировых запасов важнейших металлов при различных сценариях
Содержание
Введение
Дальнейшее устойчивое развитие производства и связанное с ним решение проблемы охраны окружающей среды должны базироваться на новом подходе. Его принципиальная новизна обусловлена невозможностью эффективно решать проблемы охраны среды и рационального использования природных ресурсов только путем развития методов переработки, обезвреживания и захоронения отходов в условиях экспоненциального роста их объемов.
Народная мудрость гласит: «Чисто не там, где убирают, а там, где не сорят». Если «уборка» — это очистка предприятия от вред ных выбросов, то «не сорить» позволяют разработка и внедрение малоотходных (безотходных) технологий.
Концепция безотходного производства была предложена и развита академиками Н. Н. Семеновым, И. В. Петряновым- Соколовым, Б.Н. Ласкориным и др. Анализ развития производств и динамики потребления сырья и образования отходов привели к неизбежному выводу о том, что дальнейшее развитие производств (и общества в целом) не может осуществляться на базе исторически сложившихся традиционных экстенсивных технологических процессов без учета экологических ограничений и требует принципиально нового подхода. Этот подход, получивший название «безотходная технология», а позднее «чистая технология», основой которого является цикличность материальнмх потоков, подсказан самой природой.
В настоящем реферате будет рассмотрена концепция безотходного производства, коэффициенты для оценки степени приближения традиционной технологии к безотходной, принципы безотходного производства
1 Определение и концепция безотходного производства
Развитие представлений об окружающей среде и рациональном природопользовании, а также практические задачи создания и внедрения безотходных производств, сделали необходимым уточнение их понятия.
В достаточно полном виде понятие безотходная технология было сформулировано на Общеевропейском совещании по сотрудничеству в области охраны окружающей среды (Женева, 1979 г.). На совещании была принята специальная «Декларация о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов», в которой говорится, что: «Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду» [8] Развитие представлений об окружающей среде и рациональном природопользовании, а также практические задачи по созданию и внедрению безотходных производств привели к необходимости сформулировать новое определение безотходной технологии, которое и было принято на семинаре Европейской экономической комиссии по малоотходной технологии (Ташкент, 1984 г.). Рекомендации ташкентского семинара рассмотрены и одобрены на заседании старших советников правительств ЕЭК по окружающей среде и направлены всем странам – участницам [1]: «Безотходная технология – это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».
Здесь важно обратить внимание на 3 основных положения.
Во-первых, подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем и среду потребления. Это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса (ТПК), т.е. в формулировке уже заложен принцип кооперации производств и региональный подход. Отсюда безотходное производство должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с экосистемами. В них продукт жизнедеятельности одних организмов потребляется другими и в целом осуществляется саморегулирующийся биогеохимический круговорот веществ. Основу производства составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.
Во-вторых, обязательным, положением безотходного производства является включение в него всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально во зможное использование энергетического потенциала. Здесь также наблюдается прямая аналогия с природными экосистемами. Будучи практически замкнутыми, они, пропуская через весь цикл солнечную энергию, поглощают её, т рансформируют и излучают в космическое пространство. Таким же образом и безотходное производство является практически замкнутым, но неизолированным.
Третьей составляющей частью концепции безотходного производства является сохранение или не нарушение нормального функционирования окружающей среды (сложившегося экологического равновесия), при котором оно не оказывает неблагоприятного воздействия на здоровье человека. Критерием качества окружающей среды считают в настоящее время предельно допустимые концентрации (ПДК) или рассчитанные на их основе предельно допустимые выбросы (ПДВ и ПДС), а в будущем предельно допустимые экологические концентрации (ПДЭК) или нагрузки (ПДЭН).
Актуален вопрос, что такое безотходное производство – красивая мечта или реальность?
К концепции безотходной технологии имеются два подхода. Один из них основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым, материя всегда может быть преобразована в ту или иную продукцию. А если это так, то всегда можно создать такой технологический цикл, в котором все экологи чески опасные вещества будут преобразовываться в безопас ный продукт или исходное сырье. Согласно другому подходу, полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни даже теоретически, коль скоро это определенным об разом противоречит второму закону термодинамики. Подобно тому, как энергию нельзя полностью перевести в полезную ра боту, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный экологически безопасный продукт. Второй подход кажется не только теоретически более обоснованным, но и практически более трезвым и реальным. Другими словами, полностью безотходная технология — это 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. Под малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.
Термин чистое производство был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г. Было дано следующее определение чистого производства: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.
С точки зрения продукции чистое производство означает уменьшение ее воздействия на окружающую среду в течение всего жизненного цикла (продукта) от добычи сырья до утилизации (или обезвреживания ) после использования.
Чистое производство достигается путем улучшения технологии, применением ноу-хау и/или путем изменения управления производством и его организации» [2]
В связи с принятием большинством стран специального природоохранного законодательства и программ по стимулированию безотходного или чистого производства сама концепция и определение безотходного или чистого производства имеют важное практическое значение, поскольку речь идет в основном об экономических методах стимулирования, связанных с налоговыми льготами, льготным кредитованием выпуска экологически чистой продукции и внедрения малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов и производств и, наоборот, введением специального налогообложения экологически вредной продукции и соответствующих производств
Они переходят от ограничения выбросов и сбросов загрязняющих веществ и ликвидации отходов к поддержке государственных требований и предотвращению загрязнения атмосферы и гидросферы и уменьшению отходов, как в интересах населения, так и для повышения эффективности производства и конкурентоспособности. В то время как экономика промышленно развитых стран выросла, расход ресурсов, например, и энергоемкость продукции уменьшились. С 1970 года химические предприятия промышленно развитых стран удвоили выпуск продукции, сократив более чем на половину потребление энергии на единицу продукции.
Таким образом, по своей сути принцип чистой технологии отличается от так называемых тра диционных технологий и больше приближается к малоотход ной. Но так, или иначе, если стоять на позиции, что полностью безотходная технология — это идеальная модель производства, то совершенно очевидно, что и малоотходная технология и чис тая технология требуют определенных коэффициентов, оценива ющих степень их приближения к безотходной. А поскольку каждое производство имеет свою целенаправленную особенность, то и такие коэффициенты для каждого из них могут быть свои.
2 Коэффициенты для оценки степени приближения традиционной технологии к безотходной.
В основу критериев, ограничивающих вредное воздействие производства на среду, положены существующие санитарно-гигиенические нормативы – предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ, предельно допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу и предельно допустимые сбросы (ПДС) в водоемы. ПДВ и ПДС измеряются во времени для каждого источника организованного выброса или сброса. При этом поступление вредных веществ от данного источника и от всех источников района с учетом дальнейшего развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмо – и гидросфере не должно создавать концентрации, превышающей предельно допустимую.
Рисунок 1 – Распределение производств по категориям в
зависимости от коэффициента полноты использования
материальных ресурсов (Км) и его мощности ( G )
В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса, учитывая взаимодействие с окружающей средой, за критерий безотходности принят коэффициент экологического действия (к.э.д.), опрделяемый как:
,
где ВТ – теоретическое воздействие, необходимое для производства; Вф – фактическое воздействие; Вn – воздействие, определяемое конкретным, производством.
Если Вф » ВТто К → 0, то єсть данное производство абсолютно не учитывает требований экологической безопасности, что неизбежно ведет к так называемому экологическому «просчету» или экологическому «бумерангу». Чем выше значение коэффициента экологического воздействия К, тем более совершенно производство с учетом воздействия на окружающую среду, тем более существенно приближение к безотходной технологии [5]. Для идеальной модели, модели безотходного производства, козффициэнт зкологического действия равен единице.
3 Принципы безотходного производства
Вероятно, имеет смысл обратить внимание на то, что в безотходной технологии объединены два фактора, которые хотя и взаимосвязаны, но имеют свою целевую направленность, это — рациональное использование материальных ресурсов и интенсивность воздействия на окружающую среду. Рациональное ис пользование материальных ресурсов направлено на их сбере жение и носит больше экономический уклон, тогда как интенсивность воздействий на окружающую среду имеет всецело ук лон в сторону экологических последствий от этого воздействия. Можно построить производственный процесс таким образом, чтобы исходное сырье и материальные ресурсы использовались достаточно полно, не взирая на экологические последствия. И обратно, иногда экологическая обстановка может быть столь обостренной, что для ее разрядки подчас следует жертвовать экономией средств и материальных ресурсов. К сожалению, с первым подходом приходится встречаться значительно чаще. В целом только комплексный подход, оптимально учитывающий и экономические и экологические факторы, может обеспечить ‘, эффективность малоотходной технологии и максимально при близить ее к идеальной —безотходной.
Примером применения принципа системности в организации производства может служить создание замкну тых водооборотных схем, где помимо зам кнутой водооборотной схемы завода имеются внутренние водо оборотные циклы в каждом цехе. При этом снижаются расходы на водоподготовку, потери воды в технологическом процессе и количество вредных выбросов. Осадки после очистки воды перерабатываются и используются в виде вторичного сырья. Металлургичес кие шлаки успешно используются в изготовлении строительных материалов. Интересно отметить, что шлаки уральских металлур гических комбинатов, которые раньше поступали в отвалы, со держат значительное количество различных металлов и на совре менном уровне развития металлургии могут служить сырьем для их выплавки.
Важным принципом создания безотходного производства является комплексность использования ресурсов. Он требует максимального использования всех компонентов сырья и энергоресурсного потенциала. Практически все сырье является комплексным, и в среднем не менее трети массы составляют сопутствующие элементы, которые могут быть утилизированы лишь при комплексной переработке. Так, уже сейчас почти всё серебро, висмут, платина и платиноиды, а также 20 %, золота получают попутно при переработке различных руд. Принцип комплексного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи. Конкретные формы его реализации в первую очередь зависят от уровня организации безотходного производства на стадии отдельного процесса производства и эколого-экономической системы.
Особого рассмотрения заслуживает принцип цикличности материальных потоков, учитывающий возможность моделиро вания природных циклов. Возврат веществ в круговорот — это не «безвозмездная» услуга, он всегда требует затрат энергии. Если источником энергии для возвращения служит солнечный свет, то людям не приходится затрачивать дорогостоящие виды топлива. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они в основном сами реализуют возврат в круговорот. В случае же промышленных материалов (к ним, например, от носятся металлы) повторное их использование требует нема лых затрат топлива и денежных средств, а когда запасы этих материалов становятся ограниченными, то здесь просто нет друг ого выхода.
Для оценки размера возврата веществ в кругово рот вводится так называемый коэффициент рециркуляции, вы ражающийся отношением рециркулируемой доли потока веще ства через систему ( М р ) к общему потоку вещества через си стему ( М ):
Коэффициент возврата может быть мал (≈10%) — при изобилии ресурсов или в случае несущественных для жизни элементов. Например, для платины и золота, которые человек считает очень ценными, КВдостигает 90% и более [3]. Естественно, что коэффициент рециркуляции энергии в принципе равен нулю, поскольку энергия проходит все системы насквозь и не используется вторично. Естественно также, что коэффициент рециркуляции ничего не говорит и о скорости, с которой вещества движутся по кругу.
Примером принципа цикличности может служить рациональное использование ката лизаторов при переработке нефти. Катализаторы (в том числе на основе платины) являются ценным материалом и для их работы необходимо проводить регенерацию (очистку и восстановление их свойств). При правильной организации процесса обеспечивается максимальний срок службы катализатора. После регенерации ка тализатор возвращается в технологический цикл, а отходы регене рации удаляются с предприятия и перерабатываются с извлечени ем из них ценных веществ.
Повторное использование материальнмх ресурсов (рециркуляция) имеет исключительно большое значение с точки зрения сохранения или продления времени эксплуатации важнейших мировых запасов руд (исчерпаемых ресурсов). Для их количественной оценки служат так называемые индексы исчерпания ресурсов, которые характеризуют расходование имеющихся мировых запасов с учетом сохранения темпов ежегодного прироста потребления. Можно подсчитать (особенно удобно это сделать для металлов), что если запасы возрастут в 10 раз (такое возрастание, учитывая достигнутую степень изученности планеты, представляется уже маловероятным), то обеспеченность сырьем производства увеличится всего в 2,5-3 раза. В случае рециркуляции 50% металлов из сферы потребления в сферу производства обеспеченность важнейшими металлами возрастает в 3-3,5 раза, а при 95-98%-ной степени рециркуляции –в 5-7 раз (табл. 1, [4] ).
В табл. 2 [4] представлены данные о годовой добыче и сроках исчерпания важнейших источников энергии на 1970 г. и 1989 г. (с учетом открытия новых месторождений), которые показывают некоторое увеличение времени исчерпания (для нефти и газа), хотя и весьма незначительное. Поэтому важнейшим резервом сырья является использование отходов (там где это возможно, например, металлов).
Выход из сложившейся ситуации заключается в целенаправленном повышении роли вторичных ресурсов (рационального их использования) и организации локального, регионального, а затем и глобального (в масштабах государства) техногенного круговорота веществ, в котором первичное сырье будет затрачиваться только на восполнение потерь и расширение обьемов производства. В конечном итоге основным для промышленного производства должно стать вторичное сырье. Как видно из рассмотренного материала, такая тенденция уже существует. Так, в нашей стране 25-30 лет назад в готовую продукцию переходило всего 1-2% используемых сырьевых материалов, 15-20 лет назад – от 5 до 10%. Анализ использования сырьевых материалов по шести важнейшим отраслям промышленности (черная и цветная металлургия, добыча и переработка угля, производство удобрений, химических продуктов и строительнмх материалов), выполненный Всесоюзным институтом вторичных материальных ресурсов в 1985 г. по заданию Государственного комитета СССР по науке и технике, показал, что полезно используются уже 28,6%. Сюда входит любое полезное использование отходов, в том числе и на засыпку в ыработанных шахт, котлованов, выравнивание территорий, строительство дорог и т.д. Можно спорить о степени точности проведенных расчетов, но тенденция просматривается довольно убедительно.
Металлы
Мировые запасы,
Среднегодо вой прирост потребления,
Индекс исчерпания ресурсов, годы
бокси тов)
Все неиспользованное или недоиспользованное сырье, а как мы видим, это пока его наибольшая часть, поступает в окружающую среду, что весьма неблагоприятно сказывается на живых организмах, включая и человека.
топлива
У нас в стране имеется целый ряд действующих технологий, в той или иной мере приближенных к безотходным.
В частности, к ним можно отнести впервые разработанную у нас в стране технологию получения глинозема, соды, поташа и цемента из алюмосиликата натрия и калия (минерал, названный нефелином). При этом затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10-15% ниже стоимости получения этих продуктов другими промышленными способами. Кроме того, технологические процессы получения глинозема, соды и поташа из традиционного сырья связаны с образованием значительных количеств неиспользуемых токсичных отходов.
Другим примером приближения к безотходной технологии может служить технологическая схема производства фосфорной кислоты из апатитных руд [3]. Следует отметить, что апатито-нефелиновые руды содержат свыше 20 химических элементов в достаточно высоких концентрациях. Извлекаемые из них апатитовый и нефелиновый концентраты, в свою очередь, являются комплексным сырьем для различных отраслей промышленности.
К новым малоотходным экологически чистым технологиям можно отнести производство стеклянного волокна и порошковые технологии [5, 6].
К общим принципам создания безотходного производства относится также рациональность его организации. Здесь определяющим являются требования разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго–, материало– и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных технологий. С ними во многом связано снижение негативного воздействия на среду и нанесения ей ущерба, включая смежные отрасли хозяйства. Конечная цель – оптимизация производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Главным путем достижения цели служит разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств. Примером такого подхода является утилизация пиритных огарков — отходов производства серной кислоты, которые перерабатываются на цементных предприятиях. Вместе с. тем при этом пропадают ценные компоненты огарков – медь, железо, серебро, золото и т.д. В настоящее время разработана экологически выгодная технология с получением меди, благородных металлов и последующим использованием железа.
4 Основные направления развития мало- и безотходных производств
В декларации о малоотходной и безотходной технологиях и использовании отходов (Женева, 1979 г.) сформулированы четыре основных направлення их развития:
1. Создание бессточних технологических систем различного назначения на базе существующих и перспективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищеных 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 материальних потоков и отходов производства внутри них.
Заключение
Современное экологическое состояние территории России можно определить как критическое. Продолжается интенсивное загрязнение природной среды. Спад производства не повлек аналогичного снижения загрязнений, поскольку в экономически кризисных условиях предприятия стали экономить и на природоохранных затратах. Разрабатываемые с начала перестройки и частично реализуемые экологические государственные и региональные программы не способствуют улучшению в целом экологической обстановки, и с каждым годом на территории России все больше регионов, городов и поселков становятся опасными для проживания населения.
В Российской Федерации за последние несколько десятилетий в условиях ускоренной индустриализации и химизации производства подчас внедрялись экологически грязные технологии. При этом недостаточно внимания уделялось условиям, в которых будет жить человек, т. е. каким воздухом он будет дышать, какую воду он будет пить, чем он будет питаться, на какой земле жить. Однако эта проблема беспокоит не только россиян, она актуальна и для населения других стран мира.
В данной работе рассмотрены принципы внедрения малоотходных и безотходных технологий, как наиболее перспективные направления бережного природопользования и сохранения окружающей среды.