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 чистотыданного 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 отходов-загрязнителей. 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 веществ-загрязнителей.

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 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. Основные направления их развития (в соответствии с Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов, принятый в Женеве в 1979 г.):

Создание бессточных технологических систем разного назначения на базе существующих и перспективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков.

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

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

           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 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:

- первый 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;

- второй - 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 эксэнергии;

- общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля;

- экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.

Общий баланс относительной токсичности массы (ОТМ) вредных веществ:

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:

При А→0 процесс является безотходным.

Методология оценки категории безотходностихимических производств предполагает, что коэффициент безотходности:

где kми kэ - коэффициенты полноты использования соответственно материальных и экологических ресурсов;

kа- коэффициент соответствия экологическим требованиям.

Производства в зависимости от величины кб и мощности разделяют на три категории:

- безотходные (kб> 0,97);

- малоотходные (0,80-0,90<kб<0,90-0,97);

- рядовые (kб< 0,80).

Для угольной промышленности:

где kп - коэффициент использования породы, образующейся в результате горных работ;

kв - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля;

kпг - 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 данное производство абсолютно не учитывает требований экологической безопасности, что неизбежно ведет к так 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:

где ∑Эi- сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного

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. 1).

Принцип безотходной технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: разработку новых технологических рецептов, аппаратурного 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

сырьевые ресурсы → производственное потребление → вторичные ресурсы используются наиболее рационально и комплексно таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».


 

Рисунок 1. - Принципиальная схема безотходного промышленного производства

 

Уровень воздействия отходов производства оценивают индексом безотходности:

где р - виды производимой продукции (количество производств);

п - виды используемых сырьевых компонентов;

Gр- объем производимой продукции;

Срп- объем потребляемого п-сырья для производства р-продукции.

Воздействие сбросов загрязняющих веществ в водные источники оценивают индексом:

где J - число ј-загрязняющих веществ (ЗВ);

Ф Сјр- величина фактического сброса ј-ЗВ в р-производстве (при производстве р-продукции);

ПДСј- предельно допустимый сброс ј-ЗВ в водные объекты.

Воздействие выбросов загрязняющих веществ в атмосферу:

где ФВјр- величина фактического выброса ј-ЗВ в р-производстве (при производстве р-продукции);

ПДВј- предельно допустимый выброс ЗВ в атмосферу.

 

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

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

0,75 <(I6o·Ie·Ia) < 0,95 .

При этом произведение индексов (I6o·Ie·Ia) < 0,75 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 (функционально-стоимостного) анализа.

Принципами разработки малоотходных технологий являются:

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

·        Максимальное потребление большинства компонентов сырья и потенциала энергетических ресурсов;

·        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;

·        исключение применения токсичных сырьевых материалов;

·        уменьшение количества всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства;

·        снижение степени их токсичности.

С точки зрения продукции замкнутый цикл производства означает уменьшение его воздействия на окружающую среду в течение всего жизненного цикла продукта (от добычи сырья до утилизации (или обезвреживания) отходов после использования).