Безотходное производство. 3

Содержание

1. Введение………....……………………………………………………………….2-3
2. Малоотходные и безотходные технологии и их роль в защите среды обитания……………………………………………………….4-6
3. Концепция безотходного производства

1.      Основные принципы безотходных производств……………………………………….7-8

2.      Критерии безотходности…………………………………………………………………………….8-9
3.      Требования к безотходному производству…………………………………………………..9

IV.    Основные направления безотходной и малоотходной технологии…………………………………………………………………………………10

V.     Недостижимость безотходной технологии………………….11-12

VI.    Основные направления безотходной и малоотходной технологии

1.        Энергетика…………………………………………………………………………………………………...13

2.        Горная промышленность…………………………………………………………………………….14

3.        Металлургия…………………………………………………………………………………………...14-15

4.        Химическая  и нефтеперерабатывающая промышленность……………………..15

5.        Машиностроение  ………………………………………………………………………………………..15

6.        Бумажная  промышленность…………………………………………………………………….…16

VII.   Переработка и использование отходов………………………17-18

VIII.  Заключение……………………………………………………………………….19

Список литературы……………………………………………………………………20

    I.   ВВЕДЕНИЕ

   Отходы являются следствием процесса  природопользования, создающего материальную  базу для нормального воспроизводства  и интеллектуально-духовного развития  человечества в течение неопределенно  долгого времени на базе ограниченных  природных ресурсов при сохранении  качества окружающей среды. Для  удовлетворения потребностей людей  ежегодно извлекается до 30 млрд т полезных ископаемых. При последующей переработке значительная часть ископаемых не входит в конечные товарные продукты, образуя отходы. Это создает проблемы их складирования, захоронения, защиты окружающей среды и т.п. Так, например, товарная медь, полученная из руд с обычным содержанием 1,0-1,5%, составляет порядка 0,1% от перемещенной для ее производства горной массы. В 1000 раз большее количество материалов переходит в отвалы горнообогатительных и металлургических предприятий, выбрасывается в атмосферу в виде оксидов серы и других газов. При переработке золотосодержащих руд с концентрацией золота 5 г/т отходы производства превышают массу товарного продукта в несколько сотен тысяч и даже в миллионы раз. Таким образом, можно констатировать, что в своей материальной деятельности человечество не производит практически ничего, кроме текущих и будущих отходов, ими неизбежно заканчивается жизненный цикл любых материальных объектов, включая живое вещество.

   В последние годы увеличился выход опасных отходов. В настоящее время на предприятия химической, дереобрабатывающей, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности Российской Федерации ежегодно  около 7 млрд. т. отходов, поэтому создание безотходных технологических процессов является одной из актуальных проблем современного мира. К сожалению, формулировка этого понятия, содержащаяся в Федеральном законе РФ, неприемлема. Закон гласит, что «опасные отходы» - отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичность, взрывоопасностью, пожароопасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, либо которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей природной среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами». Очевидно, что из всех возможных направлений обращения с отходами наиболее предпочтительна их переработка (утилизация), особенно в рамках создания малоотходных технологий.    

   К опасным относятся прежде  всего неиспользованные ядохимикаты  и лекарственные вещества с просроченным сроком годности, отходы, содержащие канцерогенные, мутагенные, тератогенные вещества и др.       

   Однако в ряде ученых и научно-технических изданий утвердилось также понятие о «безотходных технологиях» (Б.Н.Ласкорин, А.П.Цыганков, П.П. Пальгунов, В.А.Вронский, С.В.Белов и др.) Ввиду особой гносеологической важности вопроса о реализуемости безотходных технологий остановимся на нем подробнее.

   Термин «безотходная технология»  впервые предложен единственным  советским и российским лауреатом  Нобелевской премии по химии  академиком Н.Н.Семеновым и академиком  И.В.Петряновым-Соколовым. Выдающиеся  ученые использовали образное  выражение, чтобы придать эмоциональную  окраску одному из основных  направлений природопользования, обеспечить  ему внимание и поддержку. Постепенно  первоначальный смысл «безотходных  технологий» отошел на задний  план.

   «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 означает, что производство возможно без отходов (совсем безотходного производства нет). Создание безотходных производств относится к сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство.

   Малоотходное производство –  это 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.

  II. МАЛООТХОДНЫЕ И БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИХ РОЛЬ В ЗАЩИТЕ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

   Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства – создание малоотходной и безотходной технологии.

   Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ значительно разомкнут, сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Поэтому основной задачей является разработка технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым, так называемых малоотходных и безотходных технологий.

   Достижение полной безотходности нереально, поскольку противоречит второму началу термодинамики. Создать абсолютно замкнутый круговорот веществ теоретически возможно, но всё равно будут потери энергии в виде тепла. Поэтому термин «безотходная технология» условен, и правильнее использовать термин «малоотходная технология». Малоотходная технология - такой способ производства, который обеспечивает максимально эффективное использование сырья и энергии, с минимумом отходов и потерь энергии.

   Важным условием малоотходной  технологии является рециркуляция – повторное использование материальных ресурсов, позволяющее экономить сырье и энергию, и уменьшить образование отходов.

   В комплекс мероприятий по  сокращению до минимума количества  вредных отходов и уменьшения их воздействия на окружающую природную среду входят:

• Разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;
• Разработка бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;
• Создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного её использования;
• Создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.

   Начальным этапом этих  комплексных мероприятий, нацеленных  на создание в перспективе  безотходных технологий, является  внедрение оборотных, вплоть до  полностью замкнутых, систем водопользования.

   Оборотное водоснабжение – это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве обработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы.

   Замкнутый цикл  водопользования – это система промышленного водоснабжения и водоотведения, в которой многократное использование воды в одном и том же производственном процессе, осуществляется без сброса сточных и других вод в природные водоемы.

   Большие перспективы в области охраны окружающей среды и рационального природопользования имеют достижения биотехнологий. Биотехнология – методы и приемы получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью живых организмов (в первую очередь микроорганизмов). Например, достижения биотехнологии позволяют разрабатывать и создавать микробные препараты для регуляции круговорота веществ в экосистемах что позволяет решать ряд прикладных задач:

• Биологическая очистка природных и сточных вод от органических и неорганических загрязняющих веществ;
• Утилизация твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов путем их сбраживания;
• Микробное восстановление почв, загрязненных, в первую очередь, органическими веществами;
• Использование микроорганизмов для нейтрализации тяжелых металлов в осадках сточных вод и загрязненных почвах;
• Компостирование (биологическое окисление) отходов растительности  (опад листьев, соломы др.);
• Создание биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.

   Одним из важнейших направлений  в области создания безотходных  и малоотходных производств является переход на новую экологическую технологию с заменой водоемких процессов безводными или маловодными.

   Прогрессивность новых технологических  схем водоснабжения определяется  тем, насколько в них уменьшилось,  по сравнению с ранее действующими, водопотребление и количество сточных вод и их загрязненность. Наличие большого количества сточных вод на промышленном объекте считается объективным показателем несовершенства используемых технологических схем.

   Разработка безотходных и безотходных  технологических процессов –  наиболее рациональный способ  защиты окружающей природной  среды от загрязнения, позволяющий  значительно уменьшить антропогенную  нагрузку. Однако исследования в этом направлении еще только начинаются, поэтому в различных областях промышленности и сельского хозяйства уровень экологизации производства далеко не одинаков.

   В настоящее время в нашей  стране достигнуты определенные  успехи в разработке и внедрении элементов экологически безопасной технологии в ряде отраслей черной и цветной металлургии, теплоэнергетики, машиностроения,  химической промышленности. Однако полный перевод промышленного и сельскохозяйственного производства на безотходную и безводную технологии и создание полностью экологизированных производств сопряжены с весьма сложными проблемами различного характера – организационными, научно-техническими, финансовыми и другими, и поэтому современное производство еще долгое время будет потреблять для своих нужд огромное количество воды, иметь отходы и вредные выбросы.

   III. КОНЦЕПЦИЯ БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ БЕЗОТХОДНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

   Основные принципы создания безотходных  производств заключаются в комплексном использовании сырья, создании принципиально новых и совершенно новых и совершенно действующих технологий, создании замкнутых водо- и газооборотных циклов, кооперировании предприятий и создании территориально-производственных комплексов.

   1. Комплексное использование сырья. Отходы производства – это неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам часть сырья. Поэтому проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики.

   Необходимость комплексного использования природных ресурсов диктуется, с одной стороны, все увеличивающимися темпами роста объемов промышленных производств, загрязняющих окружающую среду, а с другой – необходимостью экономного их расходования, поскольку запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно возрастают. С 1992 по 1996гг. цены почти на все сырьевые материалы выросли более чем в 2 раза. В свою очередь рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются пределы их экономической рентабельности.

   Источниками отходов являются:

• Примеси в сырьё, т.е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;
• Неполнота протекания процесса, остаток полезного продукта в сырье;
• Побочные химические реакции, приводящие к образованию неиспользуемых веществ.

   Рациональное комплексное использование  сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованных веществ, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше уходила в отходы.

   Из медьсодержащих руд, в состав  которых входят 25 элементов, извлекается 21 элемент. Из полиметаллического сырья извлекают 18 элементов и получают более 40 видов товарной продукции. Доля полезных элементов, извлекаемых из природного сырья в цветной металлургии, - одна из самых высоких и достигает 80%. Повышение выхода продукта на каждой стадии процесса приводит к уменьшению количества отходов и увеличению комплексного использования сырья. Радикальное средство против протекания побочных реакций – изменение технологии.

2. Создание принципиально новых и совершенствование действующих технологий (схем). Очень важный этап в технологии. Например, в основу создания атомной промышленности положены принципы, исключающие загрязнение окружающей среды или значительно снижающие его. В черной металлургии создана новая технологическая схема, позволяющая сократить загрязнение среды – прямое восстановление железа.

   3. Создание замкнутых водо- и газооборотных циклов. С позиций экологической безопасности и надежности не менее важной представляет задача по созданию замкнутых водо- и газооборотных циклов.

   4. Кооперирование предприятий, создание территориально-производственных комплексов. В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для других производств. В связи с этим предлагается термин «отходы» заменить на «продукты незавершенного производства». При этом основная задача состоит в изыскании возможностей для применения продуктов незавершенного производства в других производствах или отраслях народного хозяйства, которые могли бы строить свою деятельность на них как на вторичных материальных ресурсах. Например, в Бразилии из отходов производства сахарного тростника получают спирт, используемый в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.

   Большая работа проводится в  различных странах по созданию  так называемых «банков отходов», т.е. по систематизации отходов  различных отраслей промышленности, например, химической, нефтехимической отраслей, металлургии.

   2. КРИТЕРИИ БЕЗОТХОДНОСТИ

   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.

   Какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направляться на длительное хранение или захоронение? В ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, например, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемые долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья, извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он превышает 80%.

   В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства: К_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 отходах.

   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 с вновь образующейся породой отвалов прошлых лет, коэффициент безотходности может быть более 100%.

   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 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. 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.

   3. ТРЕБОВАНИЯ К БЕЗОТХОДНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

   На пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований:

• Осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы, и теряется сырье;
• Применение непрерывных процессов, позволяющих  наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
• Увеличение (до 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.

IV. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БЕЗОТХОДНОЙ И МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

   При современном уровне развития  науки и техники без потерь  практически невозможно обойтись. 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 мала. О каких новых технологиях  можно вести разговор, если с  1985 г.  – начало 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.

   Необходимо решать проблему безотходного  и малоотходного производства, в противном же случае 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.

   Всё-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 имеющие направления  и разработки безотходной и  малоотходной технологии в отдельных отраслях промышленности.

V.  НЕДОСТИЖИМОСТЬ БЕЗОТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

   Малоотходная технология рассматривается  как промежуточная ступень при  создании безотходного производства. Однако, наряду с представлениями  о реальности создания безотходных  технологий, часть специалистов  по-прежнему понимает невозможность  реализации этого намерения. В  частности, Н.Ф.Реймерс отмечает, что достижение полной безотходности  нереально, так как противоречит  второму закону термодинамики.  Термин «безотходность», по Н.Ф.  Реймерсу, условен, метафоричен.  Он же отмечает, что добиться  малого количества энергетических отходов, а тем более энергетической безотходности невозможно даже теоретически, поскольку поток энергии однонаправлен и все количество в конечном счете переходит в тепло.

   Мысль о создании безотходных  технологий, действительно, противоречит  второму началу термодинамики,  допуская реализацию вечного  двигателя второго рода. Под ним  понимают периодически действующую  машину, работа которой производилась  бы только за счет охлаждения  источника тепла, без каких-либо  изменений в других телах. В  соответствии с этим принципом  тепло не только передается  от тела с высокой температурой (теплоотдатчика) к телу с более  низкой температурой (машине) с превращением  в работу. Одновременно машина  часть тепла выбрасывает в  окружающую среду (теплоприемник  или холодильник). Следствием этого  является КПД ƞ машины менее 100%. В соответствии с циклом Карно он составляет

                          _*100,%,

где Т₂ – температура рабочего тела машины, К; Т₁ – температура холодильника, К.

   При теоретической недостижимости  Т₁, равной абсолютному нулю, КПД не может составить 100%. Реальные его значения гораздо ниже и равны, например, для паровоза 8%, для энергетических установок – не более 50% и т.д. Таким образом, даже теоретически невозможно исключить тепловые потери и связанные с этим затраты части массы топлива. Эти потери есть принципиально неустранимый отход любой, без исключения, технологии.

    Только одного термодинамического  запрета на создание безотходных  технологий достаточно для отказа от этого от этого понятия как не осуществимого. Однако имеются и другие, менее строгие (на уровне здравого смысла) аргументы против возможности реализации безотходных технологий.

   Одним из таких аргументов  являются социальные, экологические  и  экономические ограничения. Очевидно, что отходы производства и потребления на конкретном этапе развития науки и техники далеко не всегда можно эффективно переработать в товарный продукт. Часто это или экологически опасно, или социально неприемлемо. В последнем случае несложно, например, представить, что если бы общество считало это этически невозможным, то трупы подвергали бы более экономически и экологически целесообразной переработке на мыло и изделия из кожи, а не захоронению. Об этом свидетельствует нацистский опыт Германии в отношении узников концлагерей.

   Второй аргумент заключается  в том, что структура товарной  продукции не соответствует структуре  отходов. Кларки (содержание элементов  в земной коре) показывают, что  кислород (49%), кремний, алюминий (8%) составляют  до 85% всей массы. Содержание первых 9 по кларкам элементов (дополнительно  к указанным – железо, кальций,  натрий, калий, магний, титан достигает  в земной коре 99,6%.

Следовательно, подавляющая часть отходов –  это песчано-глинистые вещества (выход свыше 100 млрд. т/год), которые в столь гигантских количествах человечеству не требуются. Основная область их применения – производство строительных материалов, мировой выпуск которых не превышает 11 млрд. т/год.

   Также установки, признанные перерабатывать  отходы какого-либо производства, создают свои собственные отходы, для использования которых необходима  новая установка, на которой  также будут обрабатываться отходы  и т.д.

   Таким образом, безотходное производство  по сути своей заменяется рациональным, максимально возможным комплексным использованием сырья и энергии при минимуме отходов.

   VI. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ БЕЗОТХОДНОЙ И МАЛООТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

   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 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, либо  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 городов могут  расшириться дальше и превратить  Россию в малоприспособленную  к  жизни территорию.

   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; добиться эксплуатации пылеочистного оборудования с максимально возможным КПД, при этом образующуюся золу эффективно использовать в качестве сырья при производстве строительных материалов и в других производствах.