Азбука инвестора: безотходное производство. Безотходные производства Новые технологии безотходного производства

«Безотходная технолог ия 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.

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 пот оков. 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.

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 .

Отходы производства это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ (услуг) и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Отходы потребления изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Отходы производства и потребления являются вторичными материальными ресурсами (ВМР), которые в настоящее время могут вторично использоваться в народном хозяйстве. Отходы бывают токсичные и опасные . Токсичные и опасные отходы содержащие или загрязненные материалами такого рода, в таких количествах или в таких концентрациях, что они представляют потенциальную опасность для здоровья человека или окружающей среды.

Россия занимает 106-е место в мире по экологии и 7-е место среди крупнейших источников мусора в мире. В нашей стране перерабатывается лишь 4 % от всего объема мусора, который занимает территорию в 4 миллиона гектара — площадь, сопоставимую с площадью Голландии или Швейцарии, и каждый год она возрастает на 10 %. При этом в России действует около 15 тысяч официальных мусорных свалок, а число нелегальных, по разным данным, колеблется от 200 до 1000, большинство из них находится в Московской, Челябинской, Свердловской и Ленинградской областях.

Одно время данный вопрос решали путем создания мусоросжигательных заводов. Таких заводов в стране всего семь: в Москве, Сочи, Владивостоке, Мурманске и Пятигорске. Но сжигание мусора оказалось опасным с экологической точки зрения. Дым, выделяемый при сжигании, содержит множество канцерогенов, что неблагоприятно сказывается на окружающей среде и здоровье людей.

Лучшее решение проблемы — создание безотходных технологий производства. Безусловно, эта модель идеальна, но она пока не может быть реализована в полной мере. Хотя создание производств, которые будут перерабатывать мусор и использовать его в качестве сырья для новых продуктов, считается перспективным направлением. В последние годы такие перерабатывающие мусорозаводы в России уже появились.

Андрей Николаев

«Значение вторичной переработки огромно. Стоит задуматься, что ресурсы многих материалов на Земле ограничены. Попадая в окружающую среду, многие материалы становятся токсичными, нарушают экологическую систему. Кроме того, вторичное использование материалов часто выгоднее, чем их первичная переработка».

Сортировка мусора — целая наука, в Европе ей посвящены уроки в школе. Учитель приносит в класс много разного мусора, а ученики должны распределить отходы по разным кучкам. Важно и то, что дети на этих уроках обсуждают, как правильно сортировать мусор, как повлияет такой мусор на экологию, если оставить его на свалке, и какую пользу он сможет принести после вторичной переработки. Так что европейцы с детства привыкли сортировать отходы. А за ошибку в выборе контейнера можно даже получить штраф. Сегодня в качестве вторичного сырья может использоваться макулатура, стекло, химикаты, металлолом, древесина, пластмасса и многое другое.

Бумага и пластик

Казалось бы, что проще, чем сбор макулатуры? Ученые определили, что 1 тонна макулатуры спасает 12 взрослых деревьев, бережет 32 литра воды и экономит 4100 кВт⋅ч электроэнергии. В советское время существовала целая система по сбору макулатуры в обмен на книги. Сегодня же на переработку идут в основном отходы полиграфического производства, хотя на роль полезного вторичного сырья годится любая бумага, за редким исключением. При сжигании органика выделяет метан и парниковый газ, поэтому бумагу, газеты и картон лучше не отправлять на свалки.

Безотходные технологии производства в области макулатуры позволяют получить не только белую бумагу, но и новые строительные материалы. В числе основных направлений переработки — производство экологически чистых товаров: ваты, туалетной бумаги, санитарно-гигиенических материалов, теплоизоляционного материала. Мало кто задумывается, что из макулатуры можно сделать эковату, волокнистые плиты для отделки внутренних помещений, использовать ее для производства целого спектра кровельных материалов. Однако чаще переработанная макулатура идет лишь на производство тары и упаковок-подложек для яиц, упаковочных листов, прокладок для упаковки продуктов питания или мебели. Для сравнения: в Европе повторно используют 60 % макулатуры, в России — 12 %.

Не меньше пользы приносит и переработка пластика. Ежегодно человек выбрасывает примерно 300 кг мусора, треть из которого — пластиковые бутылки. В процессе переработки пластика получают флекс, который, в свою очередь, пригоден для изготовления новой тары. Следовательно, переработка пластиковых бутылок тоже один из вариантов безотходного производства. И флексом ее возможности не ограничиваются.

Аркадий Семенов

Инженер-технолог

«Сжигание ПЭТ-тары — способ получения тепловой энергии, используемой для нагревания воды централизованных отопительных систем или для обогрева здания. Также из нее можно получить автомобильное топливо. Правда, получение топлива из пластика несколько труднее и затратнее, чем из резиновых изделий, тем не менее, это один из реальных способов переработки мусора».

В мире около 70 % пластика идет на производство нитей и волокон, из которых получают всем известный полиэстер, 30 % переработанного пластика идет на повторное изготовление бутылок. В России статистика показывает противоположные цифры. В нашей стране переработанный пластик идет в основном на изготовление пластиковых контейнеров.

Получаемый из пластика полиэстер — удобная ткань, которую несложно стирать, она быстро сохнет, не линяет и не меняет свою форму. Материал этот взяли себе на вооружение многие eco-friendly-дизайнеры. Не так давно к их движению присоединился спортивный гигант Nike. Главный бренд-менеджер Nike Чарльз Денсон заявил: «При производстве футбольной формы используется 13 миллионов пластиковых бутылок, которые в противном случае просто лежали бы на свалке веками».

Одежду на основе переработанного пластика представляют такие бренды, как Asies, Levi’s, Topshop, MaxMara, H&M и многие другие. Экодизайнер и музыкант Фаррелл Уильямс представил на Неделе моды в Нью-Йорке еще в 2014 году коллекцию одежды из переработанного пластика. Джинсы, бомберы, тренчи, футболки для мужчин и женщин были изготовлены из бутылок, которые валялись когда-то на дне океана.

Широкое применение безотходных и малоотходных технологий-важное направление защиты окружающей среды от негативного воздействия промышленных отходов. Использование очистных устройств и сооружений не позволяет полностью лок кализуваты токсичные выбросы, а использование более совершенных систем очистки всегда сопровождается экспоненциальным ростом затрат на процессы очистки даже тогда, когда это технически возможноо.

Согласно решению. ЕЭК. ООН и. Декларации о малоотходных и безотходных технологий, а также об использовании отходов принято формулировка:"Безотходная технология является практическим использованием знаний, методов и средств для того, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую средувище".

Малоотходная технология является промежуточным этапом при создании безотходного производства. При малоотходных производстве вредное воздействие на окружающую среду не превышает допустимые уровни, но из-за технических, экономических и организационные причины часть сырья и материалов превращается в отходы и направляется на длительное хранениея.

Основой безотходных производств является комплексное переработки сырья с использованием всех его компонентов, поскольку отходы производства - это неиспользованная часть сырья. Большое значение при этом н приобретает разработка ресурсосберегающих технологиий.

Целесообразность использования отходов доказано практической работой многих предприятий различных отраслей промышленности

К основным задачам малоотходной и безотходной технологий относятся:

Комплексное переработки сырья и материалов с использованием всех их компонентов на базе создания новых безотходных процессов;

Создание и выпуск новых видов продукции с использованием требований повторного использования отходов;

Переработка отходов производства и потребления с получением товарной продукции или любое эффективное их использование без нарушения экологического равновесия;

Использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;

Создание безотходных территориально-производственных комплексов и экономических регионов

В машиностроительной промышленности разработки малоотходных технологических процессов прежде всего связано с необходимостью увеличения коэффициента использования металла (КИМ), в деревообработке - увеличение коэффициентов ициента использования древесины (КИД) тощ.

В литейном производстве используются быстротвердеющие формовочные смеси. Этот процесс, при котором происходит химическое отвердение форм и стержней, прогрессивный не только с технологической, но и с. Санита тарно-гигиенического осмотра благодаря значительному сокращению пылевыделения. Коэффициент использования металла при таком литье увеличился до 95-98 %.

Новая технология изготовления разовых литейных форм предложила английская фирма"Бут", которая вообще отказалась от использования формовочных смесей с органическими связующими веществами. Увлажненный в водой песок формируется, а затем быстро замораживается жидким азотом. Полученные в таких формах отливки из чугуна и цветных сплавов имеют надлежащую структуру и гладкую поверхндку поверхню.

При термическом обработке металлов значительный интерес вызывают новые производственные методы, основанные на проведении процессов в замкнутых объемах с минимальным расходом исходных материалов и без выделения я продуктов химической реакции в окружающую среду распространенным является циркуляционный метод насыщения металлов и сплавов с использованием специальных установок (рис 63), в которых рабочее пространство герметичный поток создается реверсивных вентиляторовром.

Рис 63. Схема циркуляционных установок : а - камерная муфельная;

бы - шахтная муфельная; в - камерная безмуфельных г - шахтная безмуфельных

В отличие от прямотичного газового метода, при котором в атмосферу выбрасываются вредные вещества, циркуляционный метод уменьшает вредность технологического процесса химико-термической обработки металлов

Сейчас широко используют прогрессивный метод ионного азотирования (рис 64), который по сравнению с печным значительно экономичнее, повышает коэффициент использования электроэнергии, нетоксичен и соответствует вы имогам защиты окружающей средыща.

Рис 64. Схема электропечи для ионного азотирования : 1,2 - нагревательные камеры 3 - подвеска детали 4 - термопара б - обрабатываемые детали, 6, 7 - разъединитель, 8 - тристорне источник питания, 9 - блок измерения и регулирования температуры, 10 - газопром риготувальна установка, 11 - вакуумный насо

С целью улучшения экологического состояния в прокатном производстве широко используют новую технологию прокатки стали - винтовое прокатки металла (рис 65) для получения пустотелой спиральной буро овой стали. Такая технология прокатки металла позволила отказаться от дальнейшего металлообработки, не только сэкономить металл на 10-35%, но и улучшить условия труда рабочих и экономическое положение с авдякы снижению запыленности воздуха в шахтах, шума и вибрации на рабочих местацях.

Огромное количество промышленных отходов на сегодня накапливается в лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленностях. Отходами здесь ветви и сучья деревьев на лесосеках, куски древесины, кора, опилки, с затвердли остатки синтетических смол, лакокрасочных материалов и т.д.. Широкое внедрение в эти отрасли лесного комплекса безотходной и малоотходной технологии является одним из важнейших задач, стоящих перед предприятиями этой отраслизі.

Рис 65. Способы прокатки пустотелого буровой стали : а - прошивки б - редуцирования; в - формирование

Степень использования древесных отходов при безотходной или малоотходные технологии можно характеризовать коэффициентом ее использования, определяется по формуле

где. Уоем ~ объем основной продукции, изготавливаемой из древесным;. Удод - объем дополнительной продукции, которая производится из отходов основной продукции (горбыль, технологическая щепа, технологическая опилки клееные заготовки, товары народного потребления, топливо и др.), м8;. Ус - объем поступающего сырья в производство, м3.

Примером безотходной технологии в лесозаготовительном производстве может быть полное переработки срезанного дерева на основную продукцию (пиловочник, фанерный кряж, рудничный стояк и др.) и всех отходов от основной продукции (видторцювання, ветви, корневища, листья-шпильки и др.) на производство дополнительной продукции (технологическая щепа, дрова, хвойная мука, пищевые продукты, органические удобрения и др.н.).

Примером безотходной технологии в деревообрабатывающей отрасли можно считать агрегатное лесопиления, когда вместе с пиломатериалами образуется технологическая щепа, что в дальнейшем является сырьем для производства деревьев востружкових, древесноволокнистых плит, целлюлозы тощ.

На рис 66 приведена схема промышленного использования отходов лисопиляльно-деревообрабатывающих производств

Аналогичные примеры безотходных технологий можно привести при производстве шпона, клееной фанеры, тары, паркета, мебельных и столярных изделий и др.

С целью рационального комплексного использования всей древесины в лесопромышленном комплексе важным является выявление всех отходов от основного производства, для чего целесообразно составления баланса древ н.

В табл 64, 65 приведен баланс древесины в лисопиляльному производстве

Одним из важнейших факторов, влияющих на переход к безотходной технологии на лесоперерабатывающих предприятиях, является несовершенная методика определения объема лесоматериалов только по диаметру сортимент ту и его длиной на основе таблиц объемов. Поэтому необходимо на лесоперерабатывающих предприятиях является переход к искусственному определения объемов круглых лесоматериалов, пилопродукции и отходов с помощью с участниками измерительной техники, которая широко используется в странах. Западной. Европы и. Америки. Это позволило бы полнее использовать все древесные отходыди.

Перспективным для охраны окружающей среды является вибрационное резки и голкофрезерування древесины, которые не сопровождаются образованием опилок и пыли

Рис 66. Схема промышленного использования отходов лесопильно-деревообрабатывающих производств

Таблица 64. Баланс древесины в лисопиляльному производстве при комплексном использовании пиловника

Таблица 65. Баланс древесины при раскройке пиломатериалов на заготовки

Безотходные и малоотходные производства (технологии)

По мере развития современного производства наряду с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий. Актуальность данной проблемы обусловлена следующими обстоятельствами.

Биосфера функционирует по принципу встроенности систем: каждая форма конструируется за счет деструкции других форм, составляя звено всеобщего кругооборота вещества в природе. Производственная деятельность вплоть до самого последнего времени строилась по другому принципу - максимальной эксплуатации природных ресурсов и игнорирования проблемы деструкции отходов производства и потребления. Этот путь был возможен лишь до тех пор, пока масштабы отходов не превышали границ способности экологических систем к самовосстановлению.

Между индустрией и окружающей средой до сих пор доминирует открытый тип связи. Аграрное производство гоже является открытой системой. Производственный процесс начинается с использования природных ресурсов и завершается превращением их в средства производства, предметы потребления. За процессом производства следует процесс потребления, после чего использованные продукты выбрасываются. Таким образом, открытая система базируется на принципе одноразового использования вещества природы.

Производственная деятельность начинается с использования некоторых новых природных ресурсов, а потребление заканчивается выбросами отходов в окружающую среду. Как было показано выше, весьма небольшая часть природных ресурсов превращается в целевые продукты, большая часть их попадает в отходы.

На основании этого можно говорить о существовании двух условных типов (моделей) общества: одноразового потребления (расточительное общество), создающего отходы и где производство носит многоотходный характер, и природосберегающего, где производство организовано на безотходных и малоотходных технологиях (рис. 6.10).

Таким образом, объективно возникает потребность перехода к принципиально новой форме связи - к замкнутым системам производства, предполагающим, возможно, большую автономность производства, исключение встроенности производственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе.

При замкнутой системе производство строится, опираясь на следующие фундаментальные положения:

• максимальное использование исходного природного вещества;
• максимальное использование отходов (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для последующих ступеней производства);
• создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и потребления могли быть ассимилированы естественными экологическими системами;
• снижение количества отходов потребления путем выпуска товаров с меньшей массой, в биоразлагаемой упаковке, с полной их утилизацией еще до попадания в окружающую среду.

Принцип безотходности в общепринятом понятии сводится к тому, что при разработке и проектировании нового производства:

Применяют системный подход;

Рис. 6.10. Структурная схема общества одноразового потребления (а) и природосберегающего (б) соответственно

• комплексно используют ресурсы;
• учитывают цикличность материальных потоков;
• ограничивают воздействие на окружающую среду;
• рационально организовывают производственный процесс.

В соответствии с принципом системности каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы всего промышленного производства в регионе 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.

Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений Правительства РФ. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях 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 газо- оборотные 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 назвать комбинирование и кооперацию производств, создание ТИК, 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-, материалоемкости и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и ущерба ей, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным при достижении этой цели является разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств.

Отсюда можно заключить, что 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.

Стратегия безотходной технологии исходит из того, что неиспользуемые отходы являются одновременно не полностью использованными природными ресурсами и источником загрязнения окружающей среды. Снижение удельного выхода неиспользуемых отходов в расчете на товарный продукт технологии позволит произвести больше продукции из того же количества сырья и станет вместе с тем действенной мерой по охране окружающей среды. Биосфера дает нам природные ресурсы, из которых в сфере производства получаются конечные продукты, при этом образуются отходы. Продукты применяются либо в сфере производства, либо в сфере потребления, и вновь образуются отходы. Практически всегда при необходимости после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье (вторичные материальные ресурсы) или как вторичные носители энергии (вторичные энергоресурсы). Если по техническим или технологическим причинам невозможно или экономически невыгодно перерабатывать отходы, то их необходимо вводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.

Можно составить следующий баланс но сферам производства и потребления исходя из закона сохранения материи:

где А - масса образующихся отходов в сферах производства и потребления, кг/с; R - расход природных ресурсов, кг/с; S - масса веществ, накапливающихся в сферах производства и потребления вследствие постоянного роста производства, кг/с; f t - средний коэффициент использования отходов, кг/кг.

Снижение удельного количества неиспользуемых отходов производства и тем самым удельного расхода природных ресурсов возможно за счет:

• уменьшения удельного выхода отходов;
• повышения коэффициента использования отходов;
• рециклинга, т.е. утилизации отходов потребления в производстве.

Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей,

так и от экономических условий. С одной стороны, первичная цель безотходной технологии заключается в таком уменьшении выводимой в единицу времени в биосферу массы неиспользованных отходов, при котором будет сохраняться естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов. С другой стороны, крайне необходимы безотходные технологии, которые в качестве сырья используют отходы потребления. Такие технологии имеют двойную экологическую эффективность.

К настоящему времени при создании безотходных технологий определились следующие основные подходы:

• разработка бессточных технологических схем и водооборотных циклов на базе эффективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков;
• разработка технологических циклов с замкнутым воздухооборотом;
• замена воды в технологии на легко утилизируемые среды;
• замена воздуха на кислород и другие газы;
• разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов, исключающих образование любых видов отходов;
• создание территориально-промышленных комплексов, т.е. экономических районов, в которых реализована замкнутая система материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса;
• утилизация отходов в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов;
• использование отходов для переработки других отходов;
• сокращение массы отходов за счет уменьшения материалоемкости технологий.

Формулировка понятия безотходной технологии не должна восприниматься абсолютно, т.е. не следует думать, что возможно производство без отходов, однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. В реальных условиях полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически (подобно тому, что в соответствии со вторым законом термодинамики нельзя как полностью перевести энергию в полезную механическую работу, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный экологически безопасный продукт). Другими словами, полностью безотходная технология - это идеальная система, к которой должен стремиться всякий реальный технологический цикл, и чем больше будет степень приближения, тем меньшую экологическую опасность будет представлять данное производство.

Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным 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.

В некоторых случаях используют понятие «экологически чистая технология», подразумевая под этим такой метод производства, при котором сырье и энергия применяют настолько рационально, что объемы выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены к минимуму.

Поскольку степень экологической чистоты будет определяться степенью приближения малоотходной технологии к идеальной модели, то необходимо ввести соответствующие коэффициенты, оценивающие приближение малоотходной технологии к безотходной.

Имеется ряд подходов к определению безотходное™ производства: экспериментальная оценка, оценка по сырьевому и энергетическому балансам, по общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.

Общий баланс относительной токсичности массы вредных веществ определяется следующим выражением:

где М с + М в - сумма отходов, поступающих в окружающую среду со сточными водами и газовыми выбросами; ?М Н - масса нейтрализованных отходов, ХМ р - масса рассеянных отходов.

Относительную экологичность типового процесса, технологической линии, цеха можно определить по выражению

Если А -> 0, то процесс стремится к безотходному состоянию.

Для количественной оценки безотходное™ производств рекомендуется использовать коэффициент безотходности, который учитывает различные факторы в зависимости от отрасли народного хозяйства.

Так, для угольной промышленности коэффициент безотходности К С) предложено определять по выражению

где К п - коэффициент использования породы в результате горных работ; К к - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля; К пг - коэффициент использования нылегазовых отходов. Для химической промышленности коэффициент безотходности

где К м - коэффициент полноты использования материальных ресурсов; К:) - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; К ЭТ - коэффициент соответствия экологическим требованиям. Значения первых двух коэффициентов находят с учетом данных о материальном и энергетическом балансах.

Значение коэффициента К эт определяется по выражению

где Г) г, г| а, г| л - коэффициенты соответствия экологическим требованиям для гидросферы, атмосферы и литосферы соответственно.

Коэффициент r v определяется но выражению

где п - число загрязняющих веществ, содержащихся в жидких отходах, отводимых в водные объекты (гидросферу); В { - фактический сброс z-го ингредиента (вещества) в единицу времени, НДС,- - предельно допустимый сброс г-го ингредиента в единицу времени; ПДК, - предельно допустимая концентрация г-го ингредиента для водоема данного вида водопользования.

Если В,

Если данные о НДС отсутствуют, то расчет ведут по выражению

где Сj - концентрация г-го ингредиента.

При сбросе в водоем нескольких загрязняющих веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности должно выполняться следующее условие:

Методика расчета коэффициента Г| а аналогична выше рассмотренной. Коэффициент г| л в настоящее время принимается равным единице. Если значение коэффициента К эт К эт единице рассчитывают коэффициенты К м и К э или только один коэффициент К м. Для целевого продукта коэффициент К м определяется по выражению

где М оп - материалы основного производства; М вп - материалы вспомогательного производства; 0 оп - отходы основного производства; ОТ оп - отбросы основного производства; П оп - потери основного производства.

В случае если К м лежит в интервале 0,9-1,0, то производство считается безотходным, при нахождении К м в интервале 0,8-0,9 - малоотходным, при значении К м

В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса с учетом взаимодействия с окружающей средой за критерий безотходное™ принимается коэффициент экологического действия:

где В т - теоретическое воздействие, необходимое для производства; Вф - фактическое воздействие; В п - воздействие, определяемое конкретным производством.

Если Вф К ш -> 0, т.е. данное производство совершенно не учитывает требований экологической безопасности, что ведет к так называемому экологическому просчету. Чем выше значение коэффициента К эд, тем более совершенным является производство с учетом воздействия на окружающую среду и тем более существенно оно приближается к безотходной технологии.

Социально-экономический эффект (СЭЭ) безотходных производств можно оценить по комплексному критерию:

где? Э, - сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного производства; У - ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; З п - полные затраты на создание безотходного производства.

При наличии нескольких вариантов должен быть выбран вариант с наибольшим СЭЭ при минимальных значениях З п.

Таким образом, сочетание прогрессивных технологий с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые производства, отвечающие требованиям малоотходное™ и экологической безопасности.

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. В этой связи в ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности.

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. 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.

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 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 оптимума) 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 такого производства служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме.

При современном уровне развития науки и техники без потерь практически обойтись невозможно. По мере того как будет совершенствоваться технология селективного разделения и взаимопревращения различных веществ, потери будут постоянно уменьшаться.

Промышленное производство без материальных, бесполезно накапливаемых потерь и отходов уже существует в целых отраслях, однако доля его пока мала. О каких новых технологиях можно вести разговор, если с 1985 г. -- начала перестройки и до нынешнего времени экономическое развитие при переходе к рынку идет на ощупь; доля износа основных производственных фондов все больше увеличивается, в отдельных производствах составляет 80--85%. Техническое перевооружение производств приостановилось. Вместе с тем, мы обязаны заниматься проблемой безотходного и малоотходного производства. При нарастающих темпах накопления отходов население может оказаться завалено свалками промышленных и бытовых отходов и остаться без питьевой воды, достаточно чистого воздуха и плодородных земель. Топливно-промышленные комплексы Норильска, Североникеля, Нижнего Тагила и многих других городов могут расшириться дальше и превратить Россию в малоприспособленную к жизни территорию.

Все-таки, современная технология достаточно развита, чтобы в целом ряде производств и отраслей промышленности приостановить рост отходов. И в этом процессе государство должно взять на себя роль руководителя и в плановом порядке разработать и реализовать комплексную государственную программу внедрения безотходных производств и переработки скопившихся в Российской Федерации отходов.

Назовем основные имеющиеся направления и разработки безотходной и малоотходной технологии в отдельных отраслях промышленности.

• 1. Энергетика. В энергетике необходимо шире использовать новые способы сжигания топлива, например, такие, как сжигание в кипящем слое, которое способствует снижению содержания загрязняющих веществ в отходящих газах, внедрение разработок по очистке от оксидов серы и азота газовых выбросов; добиваться эксплуатации пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов и в других производствах. безотходный производство сырье промышленность
• 2. Горная промышленность. В горной промышленности необходимо: внедрять разработанные технологии по полной утилизации отходов. Как при открытом, так и при подземном способе добычи полезных ископаемых; шире применять геотехнологические методы разработки месторождений полезных ископаемых, стремясь при этом к извлечению на земную поверхность только целевых компонентов; использовать безотходные методы обогащения и переработки природного сырья на месте его добычи; шире применять гидрометаллургические методы переработки руд.

Металлургия. В черной и цветной металлургии при создании новых предприятий и реконструкции действующих производств необходимо внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное, рациональное использование рудного сырья:

• - вовлечение в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производства, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными водами;
• - при добыче и переработке руд черных и цветных металлов -- широкое внедрение использования многотоннажных отвальных твердых отходов горного и обогатительного производства в качестве строительных материалов, закладки выработанного пространства шахт, дорожных покрытий, стеновых блоков и т. д. вместо специально добываемых минеральных ресурсов;
• - переработка в полном объеме всех доменных и ферросплавных шлаков, а также существенное увеличение масштабов переработки сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии;
• - резкое сокращение расходов свежей воды и уменьшение сточных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных систем водоснабжения;
• - повышение эффективности существующих и вновь создаваемых процессов улавливания побочных компонентов из отходящих газов и сточных вод;
• - широкое внедрение сухих способов очистки газов от пыли для всех видов металлургических производств и изыскание более совершенных способов очистки отходящих газов;
• - утилизация слабых (менее 3,5% серы) серосодержащих газов переменного состава путем внедрения на предприятиях цветной металлургии эффективного способа -- окисления сернистого ангидрида в нестационарном режиме двойного контактирования;
• - на предприятиях цветной металлургии ускорение внедрения ресурсосберегающих автогенных процессов и в том числе плавки в жидкой ванне, что позволит не только интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоресурсов, но и значительно оздоровить воздушный бассейн в районе действия предприятий за счет резкого сокращения объема отходящих газов и получить высококонцентрированные серосодержащие газы, используемые в производстве серной кислоты и элементарной серы;
• - разработка и широкое внедрение на металлургических предприятиях высокоэффективного очистного оборудования, а также аппаратов контроля разных параметров загрязненности окружающей среды;
• - быстрейшая разработка и внедрение новых прогрессивных малоотходных и безотходных процессов, имея в виду бездоменный и бескоксовый процессы получения стали, порошковую металлургию, автогенные процессы в цветной металлургии и другие перспективные технологические процессы, направленные на уменьшение выбросов в окружающую среду;
• - расширение применения микроэлектроники, АСУ, АСУ ТП в металлургии в целях экономии энергии и материалов, а также контроля образования отходов и их сокращения.

Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. В химической и нефтеперерабатывающей промышленности в более крупных масштабах необходимо использовать в технологических процессах: окисление и восстановление с применением кислорода, азота и воздуха; электрохимические методы, мембранную технологию разделения газовых и жидкостных смесей; биотехнологию, включая производство биогаза из остатков органических продуктов, а также методы радиационной, ультрафиолетовой, электроимпульсной и плазменной интенсификации химических реакций.

• 5. Машиностроение. В машиностроении в области гальванического производства следует направлять научно-исследовательскую деятельность и разработки на водоочистку, переходить к замкнутым процессам рециркуляции воды и извлечению металлов из сточных вод; в области обработки металлов шире внедрять получение деталей из пресс-порошков.
• 6. Бумажная промышленность. В бумажной промышленности необходимо в первую очередь внедрять разработки по сокращению на единицу продукции расхода свежей воды, отдавая предпочтение созданию замкнутых и бессточных систем промышленного водоснабжения; максимально использовать экстрагирующие соединения: содержащиеся в древесном сырье для получения целевых продуктов; совершенствовать процессы по отбеливанию целлюлозы с помощью кислорода и озона; улучшать переработку отходов лесозаготовок биотехнологическими методами в целевые продукты; обеспечивать создание мощностей по переработке бумажных отходов, в том числе макулатуры.