отходы. Содержание Введение Определение и концепция безотходного производства Принципы безотходного производства
 Скачать 45 Kb.
|
|
Содержание Введение Определение и концепция безотходного производства Принципы безотходного производства Основные направления развития мало- и безотходных производств Литература 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 вредных 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. 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» 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 возможное использование энергетического потенциала. Здесь также наблюдается прямая аналогия с природными экосистемами. Будучи практически замкнутыми, они, пропуская через весь цикл солнечную энергию, поглощают её, трансформируют 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 экологически опасные вещества будут преобразовываться в безопасный продукт или исходное сырье. Согласно другому подходу, полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни даже теоретически, коль скоро это определенным образом противоречит второму закону термодинамики. Подобно тому, как энергию нельзя полностью перевести в полезную работу, 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. В настоящее время, особенно после «Семинара по стимулированию чистого производства» ЮНЕП/ИЕО (Кантенбери, Великобритания, 17-20 сентября 1990 г.), в основном применяется термин чистое производство. 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» 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 традиционных технологий и больше приближается к малоотходной. Но так, или иначе, если стоять на позиции, что полностью безотходная технология — это идеальная модель производства, то совершенно очевидно, что и малоотходная технология и чистая технология требуют определенных коэффициентов, оценивающих степень их приближения к безотходной. А поскольку каждое производство имеет свою целенаправленную особенность, то и такие коэффициенты для каждого из них могут быть свои. 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 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 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. 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 хозяйственнойдеятельности, 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 водооборотных схем, где помимо замкнутой водооборотной схемы завода имеются внутренние водооборотные 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. 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, КВдостигает 90% и более . 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 максимальний срок службы катализатора. После регенерации катализатор возвращается в технологический цикл, а отходы регенерации удаляются с предприятия и перерабатываются с извлечением 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 . Выход из сложившейся ситуации заключается в целенаправленном повышении роли вторичных ресурсов (рационального их использования) иорганизации 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 выработанных шахт, котлованов, выравнивание территорий, строительство дорог и т.д. Можно спорить о степени точности проведенных расчетов, но тенденция просматривается довольно бедительно. 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 . 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 . 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. 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. В соответствии с этим, в области совершенствования технологических процессов можно выделить следующие направления: внедрение геотехнологических методов разработки месторождений полезных ископаемых (например, подземное выщелачивание); применение безводных методов обогащения и переработки сырья на месте его добычи; использование гидрометаллургических методов переработки руд и отходов; вместо пирометаллургических, так как воду проще очищать, чем газы; применение методов порошковой металлургии; внедрение окислительно-восстановительных технологий с применением кислорода, водорода, озона, свободных радикалов, электрического тока и т.д.; использование в технологии сверхвысоких давлений и температур, эффекта сверхпроводимости; разработка высоких технологий, в частности плазменных и лазерних; замена химических процессов с использованием кислот и щелочей механическими методами, например, при очистке поверхностей; замена прямоточных процессов противоточными; внедрение перспективных высокоэффективных мембранных, ионообменных, экстракционных и других методов для разделения и выделения ряда высокоценных и токсичных веществ; использование высокозффективннх методов тепло- и массообмена (например, кипящего слоя в установках каталитического крекинга при переработке нефти); максимальная замена первичных сырьевых и энергетических ресурсов вторичными; создание энерготехнологических процессов. Комбинирование технологических и так называемых энерготехнологических процессов позволяет увеличивать производительность агрегатов, экономить энергоресурсы, сырье и материалы. В частности, таким образом организованы многотоннажные производства аммиака, азотной кислоты и карбамида. Организация энерготехнологического получения аммиака позволила снизить удельные расходы электроэнергии в 8 раз; внедрение непрерывных процессов; интенсификация и автоматизация процессов и т. д. Совершенствование аппаратурного оформления предполагает: разработку принципиально новых аппаратов (например, позволяющих совмещать в одном аппарате несколько технологических процессов); оптимизацию размеров и производительности герметизацию; использование новых конструкционных материалов, позволяющих увеличить долговечность аппаратов, уменьшить их вес и т.д. В области сырья, материалов, энергоресурсов необходимы: обоснованность их качества (в частности, использование сырья и материалов, например технической воды, не более высокого, а строго определенного качества); предварительная подготовка сырья и топлива (извлечение из него наиболее токсичных компонентов, например, серы из топлива и т.п.); замена высокотоксичных материалов, например ртути, кадмия, свинца и т.д., на менее токсичные вещества при производстве красителей, катализаторов, батареек и других изделий и материалов; возможность замены сырья и энергоресурсов на нетрадиционные, местные, попутно добываемые и т.д. Готовая продукция, включая побочную и попутно образующуюся, должна отвечать: безопасности; длительности использования; обеспечению возможности и условий для возвращения продукции в производственный цикл после физического и морального износа. Так, германская компания Volkswagen стала первой, взявшей на себя обязательство принимать обратно вышедшие из употребления автомобили для последующей их утилизации; биоразлагаемости при попадании в окружающую природную среду, например биоразлагаемые пакеты; удобству использования, починки, разборки и т.д. Переход на ресурсосберегающий и малоотходный способ производства — это одно из стратегических направлений в решении вопросов предотвращения загрязнения окружающей среды. Несомненно, что еще длительное время будут функционировать производственные мощности, построенные в свое время без учета экологических последствий. Поэтому переработка и ликвидация отходов как самостоятельное технологическое направление тесно смыкается с организацией мало- и безотходных производств. Важно уточнить, что главное в безотходном производстве не переработка отходов, а такая организация процесса, в котором при переработке сырья использовались бы все его компоненты. Необходимо устранить не следствие, а причину образования отходов. При этом, недоиспользованные компоненты должны быть сведены к минимуму (малоотходное) или вообще исключены (безотходное производство). Таким образом, Переработка отходов потребления является обязательной частью последнего производства. Нормальное функционирование таких мощностей немыслимо, сегодня без привязки к ним соответствующих очистных сооружений, что, в свою очередь, немыслимо без разработки эффективных технологий очистки промышленных сточных вод и газовых выбросов в атмосферу. Попытка создания эффективных методов очистки сточных вод и газовых выбросов в атмосферу — непростая задача и по своей сложности не уступает созданию малоотходных технологий. Список литературы Богдановский Г.А. Химическая экология. – М.: Изд-во МГУ, 1994. Зайцев В.А. Промышленная экология. Учебное пособие. – М.: ДеЛи, 1999,. – 140 с. Калыгин В.Г., Попов Ю.П. Порошковые технологии – экологическая безопасность и ресурсосбережение. – М.: Изд-во МГАХМ, 1966. – 212 с. Р.А. Степень, С.М. Репях. Промышленная экология: учебник для студентов химико-технологических специальностей. – Красноярск: СибГГУ, 2000. – 345 с. |