Безотходное и малоотходное производства

ВВЕДЕНИЕ.

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, 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 ненарушенного состояния природы. Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным производством следует понимать такое производство, 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.

1 КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

1.1 Критерии безотходности.

Термин “безотходная технология” впервые был предложен российскими учеными Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1972 г. В странах запада вместо этого термина используют термин Pure or more pure technology – чистые или более чистые технологии. 

Безотходная технология – это синтез и практическое применение различных областей знаний, методов и средств для того, чтобы создать систему, позволяющую максимально рационально использовать природные ресурсы и защитить окружающую среду.

Безотходное производство предусматривает, что  экономия природных ресурсов происходит на всех этапах производства – начиная  от рациональной добычи природных ресурсов и заканчивая конечной продукцией, которая должна удовлетворять следующим требованиям:

- долгим сроком службы изделий;

– возможностью многократного использования;

– простотой  ремонта;

– легкостью возвращения в производственный цикл или перевода в экологически безвредную форму после выхода из строя.

При малоотходном производстве воздействие  на окружающую среду не превышает  уровня ПДК.

Коэффициент безотходности должен быть 75-95 %.

Теория  безотходных технологических процессов  в рамках основных законов природопользования базируется на двух предпосылках: 

1) исходные  природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных продуктов; 

2) создаваемые  продукты после использования  по прямому назначению должны  относительно легко превращаться  в исходные элементы нового производства.

Схема такого процесса: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичный ресурсы – сырьевые ресурсы

Теория  безотходного производства представляет собой идеализированную модель производства, на практике такого производства не существует. На каждый этап производства требуется затрачивать энергию, которую можно получить только извне, делая невозможным создание абсолютно замкнутой системы. Кроме того в процессе производства и потребления происходит износ исходных материалов, что, в свою очередь, опять заставляет искать ресурсы за пределами замкнутой системы. Вследствие этого мы можем сделать вывод, что понятие безотходной технологии условно. Под ним понимается теоретический предел или предельная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда малоотходная технология). Но с развитием современных наукоемких технологий безотходная технология должна быть реализована все с большим приближением к идеальной модели.

На  сегодняшний день были разработаны следующие рекомендации по организации малоотходных производств:

1) все  производственные процессы должны  осуществляться при минимальном  числе технологических этапов, поскольку  на каждом из них образуются  отходы и теряется сырье;

2) технологические процессы должны быть непрерывными, что позволяет наиболее эффективно использовать сырье и энергию;

3) единичная  мощность технологического оборудования  должна быть оптимальной, что  соответствует максимальному КПД  и минимальным потерям;

4) необходимо широко использовать автоматические системы управления, что обеспечит оптимальное ведение технологических процессов с минимальным выходом вредных веществ;

5) выделяющаяся  в различных технологических  процессах теплота должна быть  полезно использована, что позволит сэкономить энергоресурсы, сырье.

Безотходное производство стремиться работать так  же, как и безотходное функционирование экосистем в природе.

Имеется и другая крайность, когда все  работы, связанные с охраной окружающей среды от промышленных загрязнений, относят к безотходной и малоотходной технологиям. Необходимо помнить, что оценка степени безотходности производства – очень сложная задача, и единых критериев для всех отраслей промышленности нет.

Для точного определения степени  безотходности необходимо введение поправки на токсичность отходов. Невозможно сопоставлять только по массе, например, отходы рядового производства и отработанные растворы гальванических цехов. Для сравнительного анализа различных технологических схем однотипных производств, выпускающих продукцию одного и того же вида, на стадии их проектирования вполне может быть использован поправочный коэффициент на токсичность отходов.

Для расчета энергетических затрат следует  рассматривать энергоемкость продукции  с учетом коэффициентов безотходности. Только в этом случае можно получить объективный показатель безотходности рассматриваемого производства. Масштабы загрязнения окружающей среды при производстве электроэнергии на ТЭС часто таковы, что могут свести к минимуму те экологические преимущества, которые удается достичь при совершенствовании основного производства.

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, определяемые 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: K_б^п = 0.33 * ( К_б^т + К_б^ж + К_б^г), где К_б^т, К_б^ж, К_б^г -- 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.

1.2 Принципы безотходных технологий.

При создании безотходных  производств приходится решать ряд  сложнейших организационных, технических, технологических, экономических, психологических и других задач. 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, платина 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 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.