Сутягин В.М., Бондалетов В.Г., Кукурин О.С. Принципы разработки малоотходных и безотходных технологий

Подождите немного. Документ загружается.

СозданиеБОП длительныйпроцесс, требующийрешениявзаи-

мосвязанныхтехнологических, экономических, организационныхидру-

гихзадач. Поэтомувкачествепромежуточногоэтападляпрактических

целейдопустимоиспользованиемалоотходногопроизводства(МОП).

Подмалоотходным понимаетсятакойспособпроизводствапро-

дукции(процесс, предприятие, ТПК), прикоторомвредноевоздействие

наокружающую средунепревышаетуровня, допустимогосанитарно-

гигиеническиминормами. Приэтомпотехническим, организационным,

экономическимидругимпричинамчастьсырьяиматериаловпереходит

вотходыинаправляетсянадлительноехранениеилизахоронение.

1.2. Количественнаяоценкабезотходностипроизводств

ВсвязисразработкойБОПособуюважностьпредставляетколиче-

ственнаяоценкаприближенияпроизводствакбезотходному, т. е. кри-

териевотнесенияегоккатегориибезотходных, малоотходныхитради-

ционных. В основукритериев, ограничивающихвредноевоздействие

производстванаокружающую среду, положены существующиеПДК

загрязняющих веществ. На их основе рассчитываются научно-

технические показатели воздействияпроизводстванаокружающую

среду, ккоторымвпервуюочередьотносятсянормативы:

предельно-допустимыевыбросы(ПДВ) ватмосферу;

предельно-допустимыесбросы(ПДС) вводоемы.

Этипоказателиизмеряютсядлякаждогоисточникаорганизованно-

говыбросаилисброса.

Второй по значимости количественной оценкой безотходности

производстваявляетсястепеньиспользованиявтехнологическихпро-

цессахсырьяиматериалов. Например, вхимическойпромышленности

введенкоэффициентбезотходности(К

), которыйхарактеризуетполно-

туиспользованиявпроизводствематериальныхиэнергетическихре-

сурсов, атакжеинтенсивностьвоздействияэтогопроизводстванаок-

ружающуюсреду:

Б М Э

K f K K K

   

, (1)

где f – коэффициент, определяемыйэмпирическимпутем;

– коэффициентполнотыиспользованияматериальныхресурсов;

– коэффициентполнотыиспользованияэнергетическихресурсов;

– коэффициентсоответствияэкологическимтребованиям.

К малоотходнымотносятсяпроизводства, характеризующиесяве-

личиной

, равнойнеменее0,8÷0,9 (взависимостиотмощности

предприятия), акбезотходным– неменее0,90÷0,98 (такжевзависимо-

стиотмощностипроизводства).

Поступлениевокружающуюсредугазовыхвыбросов, сточныхвод

итвердыхотходоввовсехслучаяхдолжносоответствоватьсанитарно-

гигиеническимнормативам. Вероятно, впервомприближениидляпрак-

тическихцелейзначениекоэффициентабезотходности(иликоэффици-

ентакомплексности), равное75÷90 %, можнопринятьвкачествеколи-

чественногокритериямалоотходного, адо98 % – безотходногопроиз-

водстваивдругихматериалоемкихотрасляхпромышленности.

В. РелизомиА. ШубинымпредложенкритерийэкологичностиК

эк

рассчитываемыйпоформуле

ж г т

эк

ж г т

ПДК ПДК ПДК

i i i

С С С

K m m m     

  

, (2)

где

ж г т

, ,

i i i

m m m

– количествоi-готоксичногокомпонентажидких, га-

зообразныхитвердыхотходовсоответственно, т/тпродукта;

ж г т

, ,

i i i

С С С

– концентрацияi-гокомпонентавжидких, газообраз-

ныхитвердыхотходах, мг/м

;

ПДК

– предельно-допустимаяконцентрация i-го компонента

вводерыбохозяйственныхводоемов, мг/дм

;

ПДК

– предельно-допустимая концентрация i-го компонента

ввоздухенаселенныхмест, мг/м

Дляоценкитоксичноститвердыхотходовпредполагаетсяисполь-

зование

ПДК

, т. к. прихранениитвердыхотходоввозможноихрас-

творениеватмосферныхосадках, сточныхигрунтовыхводах.

Каквидноизприведеннойформулы(2), критерийэкологичности

состоитизтрехчастей– параметровучетасоответственножидких, га-

зообразных, твердыхотходов(А, ВиС).

Пример

КритерийК

эк

былиспользовандляанализаэкологическогосовер-

шенствачетырехпроизводствборнойкислоты, работающихнабатоли-

товомдальневосточномсырье.

– борнаякислота;

10H

O – бура;

1-йметод: B + 3HNO

 H

+ 3NO

;

2-йметод: B

+ 3H

O  H

;

3-йметод: Na

+ H

+ 5H

O  4H

+ Na

Результатырасчетовприведенывтабл. 1.

Таблица1

РезультатырасчетовкритерияK

эк

ПараметрыМетод

производства

эк

А В С

1-йметод

1,57 ∙10

0,92 ∙10

0,5 ∙10

6 ∙10

2-йметод

0,79 ∙10

0,19 ∙10

2,2

6 ∙10

3-йметод

0,12 ∙10

0,054

0,12 ∙10

4-йметод* 0,84 0,54 0,3 0

* – запроектированноепроизводство.

Всечетырепроизводствавосновесвоейимеютодинаковыетехно-

логическиесхемы. Различиямеждунимизаключаютсявследующем:

методы 2 и 4 включаютпеределдоосажденияборатакальция, что

уменьшаетколичествожидкихотходов(впроизводстве4 эффектсво-

дитсянанетпосравнениюспроизводством3 засчетобразованиясто-

ковприпопутнойочистке); впроизводствах3 и4 борогипсутилизиру-

ется, аэтоисключаетобразованиетвердыхотходов.

Посколькудляидеальной(безотходной) технологиикритерийK

эк

долженбытьравеннулю, то, каквидноизданныхтабл. 1, наиболееэко-

логическиприемлемметод4, асамым«грязным» изприведенныхявля-

етсяметод1.

1.3. Аспектыпроблемысозданиябезотходныхтехнологий

Экологическаяпроблемасозданиябезотходныхтехнологийимеет

покрайнеймеречетыреаспекта:

1) экологический вузком смыслеэтогослова, т. е. связанный

сбиологическим соотношением человеческогообществасприродой

приглобальномзагрязненииокружающейсреды;

2) ресурсныйаспект, связанныйсугрозойистощенияприродных

ресурсов;

3) технологическийитехнический, предусматривающиеприпе-

реработкемногокомпонентногосырьякомбинациипроцессов, которые

обеспечиваютнаиболеекомплексное(почислуизвлеченныхкомпонен-

тов) иполное(постепениизвлеченияииспользованиякомпонентов)

использованиеприродногоресурса;

4) экономическийиорганизационный.

Рассмотримэтиаспектывперечисленнойпоследовательности.

Экологическийаспект

Природаявляетсяпервоисточникомудовлетворенияматериальных

идуховныхпотребностейлюдей. Одновременноонаявляетсяисредой

обитаниячеловекаивсехживыхорганизмов, жизнедеятельностькото-

рыхсопровождаетсяпостояннымпотреблениемвоздуха, водыипищи.

Отналичияикачествапоследнихзависитпротеканиеестественныхфи-

зиологическихпроцессовобменавеществвлюбомживоморганизме.

Осознаниеобществомнеобходимостипредотвращенияразрушения

природнойсредыпривелоквозникновениювсерединеXX столетияно-

войформывовзаимодействииобществаиприродыввидеохраныок-

ружающейсредыирациональногоиспользованияприродныхресурсов.

Охранаприроды(илиохранаокружающейприроднойсреды) бази-

руетсянаобъективнойнеобходимостигармоничноговзаимоотношения

обществаисредыегообитания– природыивытекаетизнеотвратимо-

стивредныхпоследствийэкологическинеобоснованнойхозяйственной

деятельности.

Необходимостьохраныокружающейсредыприводитксуществен-

нымизменениямвобщихподходахкобеспечению экологическойэф-

фективностипроизводства. Подэкологическойэффективностью пони-

маютминимизацию воздействиянаокружающую средупризаданных

производительностиикачествевыпускаемойпродукциисоответствую-

щимпроизводством. Вместомервременногохарактера, направленных

наборьбуспоследствиямизагрязнений, теперьвсечащеичащенаста-

диипроектированияистроительствапредприятийпринимаютмеры

долговременногохарактера, восновекоторыхзаложенпринцип: не

борьбаспоследствиямизагрязнений, аликвидацияпричинэтогонебла-

гоприятногоявления. Вэтойсвязинеобходимоизменятьисовершенст-

воватьсамитехнологическиепроцессы, стем, чтобыкомплексноинаи-

болееполноперерабатыватьвпроцессепроизводстваисходныемате-

риалы, сокращатьтемсамымобъемотходов, перевестиихформы, наи-

менеевредныедляокружающейсредыилилегкоподдающиесявторич-

нойпереработке, другимисловами, необходимосоздаватьмалоотход-

ныеибезотходныетехнологии.

Требованиесохраненияокружающейсреды отражаетновую сту-

пеньосмысливанияотношениямеждучеловекомиприродой. Ещесо-

всемнедавнооноотражалосьвобразахчеловека– неутомимогоработ-

никавмастерскойприроды, человека– покорителяприроды. Сегодня

этиобразысущественнотрансформируются: мыподчеркиваем, чточе-

ловекдолженстатьгражданином, сознающимсвоюответственностьза

природу, садовником, ухаживающимлюбовнозагазонами, деревьями,

растениями.

Ресурсныйаспект

Материальноепроизводствобазируетсянаиспользованииприрод-

ныхресурсов:

1) невозобновляющихся(минеральногосырья, нефти, газаидр.);

2) возобновляющихся(воздух, вода, почва, растительныйижи-

вотныймир).

Например, стоимостьминеральногосырьясоставляетпримерно

70 % стоимостивсехприродныхресурсов, неиспользуемыхобществом.

Помереувеличенияобъемовдобычипроисходитистощениезапасов

минеральныхресурсов, ухудшаетсяихкачество, повышаетсясебестои-

мостьминеральногосырья. Вэтихусловияхизвлечениеизнедрпопут-

ныхполезныхкомпонентов, утилизацияотходовиснижениепотерьпри

добычеипереработкепозволяютувеличитьсырьевойпотенциал. Огра-

ниченностьдоступныхминеральныхресурсоввыдвигаетпроблемуих

рациональнойдобычиииспользования. Так, балансовыйрасчетсовре-

менногосостояниянакопленияиутилизацииотходовгорныхотраслей

промышленности показал, чтосуществующийуровеньпроизводства

можетбытьобеспеченприсниженииобъемадобычигорноймассына

20÷25 % главнымобразомврезультатепроизводства80 % стройматериа-

ловизотходов(снижениеобщейстоимостипродукциина10÷15 %), оздо-

ровленияэкологическойобстановкиврайонахгорно-перерабатывающих

предприятий.

Технологическийитехническийаспекты

Поликомпонентныйсоставсырьяпрактическилюбогоместорож-

денияприпереработкетребуетиспользованиятакойкомбинациипро-

цессов, котораяобеспечиваетнаиболеекомплексную (почислуизвле-

ченныхкомпонентов) иполную(постепениизвлеченияииспользова-

ниякомпонентов) переработкуруды. Следуетзаметить, чтодонедавне-

говременииз33 элементов, которыесодержатсявапатите, использова-

литолькоодин– фосфор, авсеостальныеперемещаливотвалы.

Комплексноеиспользованиеминеральныхресурсовзаключается

впереходенабезотходныетехнологическиепроцессы. Образующиеся

водномпроизводствеотходыслужатсырьемдлядругогопроизводства.

Вэтомслучаесокращаетсяпотребностьвсырьеиисключаются(или

значительносокращаются) загрязняющиеокружающуюсредуотходы.

Исследованиевобластисозданиябезотходныхтехнологий, мето-

довутилизацииотходов, комплексногоиспользованиясырья, экономи-

ческойоценкисхем, оптимизациирежимовпереработкиполезныхис-

копаемыхпоказывает, чтовнастоящеевремянабольшинствепредпри-

ятийимеетсявозможностьдовестиопределеннуючастьобразующихся

отходовдотоварнойпродукциииливторичногосырьядлядругихот-

раслей промышленности. Безотходное производство должно преду-

сматриватьболеерациональноеиспользованиенетолькосырья, но

идругихматериалов, впервуюочередьгазаиводы.

Экономическиеиорганизационныеаспекты

Практикапоказывает, чтопостепенныйпереходпромышленности

наБОП требуетпоследовательногоосуществлениярядамероприятий

организационногоиэкономическогохарактера. Например, традиционно

сложившаясясистематехникиитехнологиидобычииобогащенияпо-

лезныхископаемыхнесоответствуетидеебезотходныхтехнологий. Со-

временнаяметодологияоценкитехнологии, принятияпроектныхипла-

новыхрешений по развитию комплексности переработки полезных

ииныхископаемыхбазируетсявосновномнаэкономическомрасчете.

Внейневсегдаучитываютсяфакторыдолговременногоиперспектив-

ногохарактера: расходполезногоископаемогокакприродногоресурса,

экологическиепоследствияпринятойтехнологии, стратегическоеис-

пользованиенекоторыхкомпонентов, возможностьместнойутилизации

отходовит. д. Положениеусугубляетсяитем, чтонекоторыеизэтих

параметровнеимеютколичественноговыражения, аучетфакторовна

интуитивномуровнепроизводитсясубъективноинедостаточнополно.

Наиболееважным обстоятельством являетсято, чтопроблемаком-

плекснойибезотходнойтехнологииимеетмежотраслевойхарактер.

Вследствиеотносительнойновизны проблемы БОП ещеотсутст-

вуютнетолькоорганизационныеформы, позволяющиерешатьэтупро-

блему, нодажедостаточнополнаяинформацияоколичестве, качестве

итехнологическихсвойствахкакнакопленных, такиежегоднообра-

зующихсяотходов. ВсравнениисобычнымипроизводствамиБОПпо

своим параметрам можетрассматриватьсякакболеепрогрессивный,

предусматривающийкомплексноеиспользованиесырья, иболееблаго-

приятныйпосвоимэкологическимпоследствиям. Вэтомсмыслеобыч-

норассматриваемыеэкономическиеоценкипроизводствнеучитывают

всехпреимуществБОП, котороетребуетбольшейтрудоемкостинаеди-

ницуперерабатываемогосырья, болееразвитойсхемыибольшегораз-

нообразияпроцессов. Крометого, безотходнаятехнологияболеесложна

вуправлениииорганизацииврезультатепроизводствамногоотрасле-

войпродукции. Всвязисэтиморганизациятакойтехнологиитребует

большихкапитальныхвложенийитекущихзатрат, что, несмотряна

возможностьполучения большего количествапродукции, прибыли,

лучшегоиспользованиясырья, вызываетопределенныетрудности.

Заключение

Современныетехнологии, какпроизводства, таки потребления

продукции, вовсехсфераххозяйствадолжныбытьзамкнутыми, безот-

ходными, аналогичнотому, какпостроены биогеохимическиециклы

миграциивеществаиэнергиивбиосфере.

Ниодинобъектпромышленностинедолженвнедряться, еслиза-

благовременноневыясненвозможныйущербдляокружающейсреды

врезультатеегоосуществления. Основнойиединственнонадежный

подходсостоитвсозданиибезотходнойтехнологии, исключающейза-

грязнениеипревращающейотходывресурсы.

Следуетпомнить, что«биосфераможетпрожить» безчеловека.

Человексуществоватьвнебиосферынеможет(Н.И. Моисеев).

Вотпочемучеловечестводолжнобытьспособнымпредвидетьре-

зультатысвоихдействий, уметьоцениватьсостояниебиосферыизара-

неезнать, гденаходитсятазапретнаячерта, котораяотделяетдальней-

шееразвитиецивилизацииотееугасания.

Глава2. ПРИНЦИПСИСТЕМНОСТИ

2.1. Сущностьсистемногоанализа

Научной основой созданияБОП являетсярядвзаимосвязанных

принципов, лежащихвихоснове. Ключевым вэтом рядуявляется

принцип системности, базирующийся на анализе, заключающемся

втом, чтохимическоепроизводстворассматриваетсякакзамкнутаясис-

тема, взаимодействующаясокружающейсредой. Подсистемойвоб-

щемслучаепонимаютмножествоэлементов, находящихсявотношени-

яхисвязяхмеждусобой, чтовсовокупностиобразуетопределенную

целостность, единство.

Любаясистемасвязанасокружающейсредой, каждойсистемесвой-

ственнаопределеннаярасчлененность, иерархичность(последовательная

подчиненность), наличиемногихуровнейорганизации. Поэтомусистема

можетбытьрассмотренакакэлемент(подсистема) системыболеевысоко-

горангаикаксовокупностьподсистемболеенизкогоранга.

Системаотличаетсядвумяособенностями. Во-первых, сущность

системыневозможнопонять, рассматриваятолькосвойстваотдельных

элементов. Длясистемы важенспособвзаимодействияэлементов, вы-

раженныйвееструктуре. Во-вторых, системафункционируетобяза-

тельнововзаимодействиисокружающейсредой. Безпониманияэтого

взаимодействияневозможнопонятьеесущность.

Рассмотримпревращениенесистемывсистему. Например, обору-

дование, предназначенноедлямонтажатехнологическойсхемыхимико-

технологическогопроцесса(ХТП), лежитнаскладе. В этомвидеего

нельзярассматриватькаксистему. Почему? Единицыоборудованияне

взаимодействуютдругсдругом. Примонтажеоборудованияисборке

технологическойсхемы возникаетструктура, взаимодействиеэлемен-

тов. Однако, чтобыустановкасталасистемой, необходимоещееевзаи-

модействиесокружающейсредой, воздействиевнешнегомиранасис-

тему, напримерподачасырьяиэнергии, ивоздействиесистемы на

внешниймир(выпускпродукции). Безэтогоструктураокажетсябес-

смысленной, асистемностьустановкибудетлишькажущейся. Конечно,

еслиустановкувременнозаконсервируют, онанеперестанетбытьсис-

темой, нолишьпостольку, посколькупредполагаетсявозможностьвы-

шеназванноговзаимодействия.

Системныйподходпредусматриваеткомплекснуюоценкувоздей-

ствияпроизводстванаприродныесистемыиживыеорганизмысобяза-

тельнымпрогнозированиемихреакциинаэтовоздействие. Такойпод-

ходнужен, чтобыболееглубокоивсестороннеоцениватьпоследствия

преобразованияприроды обществом. Например, влияниекакого-либо

мутагенноговеществанаполовыеклеткинесвязаносугрозойжизне-

способностиданногоорганизма, нонеизбежнопроявитсявпотомстве,

следствиемчегоможетбытьвырождениетехилииныхпопуляций, вы-

падениеотдельныхзвеньевизпищевыхцепейисетейснарушением

стабильностиипродуктивностиэкосистемы. Сдругойстороны, рядве-

ществможетвоздействоватьнаклеточныеструктуры, приводякнару-

шениютканей(например, кзлокачественнымновообразованиям), ада-

лее– органов, организмавцелом, проявляясьдалеенапопуляционном

ибиоценотическомуровне.

Сбросвредныхвеществвводныйобъектдажевдопустимыхпре-

делах, такилииначе, скажетсяотрицательнонатехилииныхкомпо-

нентахводногобиоценоза, чтонеобходимоучитыватьспозициисис-

темногоподхода. Однакотакойподходпредусматриваетоценкувоз-

действиязагрязненноговеществанавсюэкосистему(каксистемуболее

высокогоуровня), адалеенасостояниеводногобассейнарегионавце-

лом, учитывая, можетбыть, нетолькокачественныеиколичественные

изменения, ноипсихофизическоесостояниелюдей, ответныереакции

этогосостояниянапроизводственнуюисоциальнуюсферу.

2.2. Составиструктурахимико-технологическойсистемы

Вхимическомпроизводствекакхимико-технологическойсистеме

(ХТС) выделяютподсистемыподвумпризнакам:

функциональному;

масштабному.

Функциональныеподсистемы обеспечиваютвыполнениехими-

ческогопроизводстваиегофункционированиевцелом, вчастности, к

нимотносятся:

технологическая;

энергетическая;

подсистемауправления.

Технологическаяподсистема– частьпроизводства, гдеосуществ-

ляется собственно переработка сырья в продукты, химико-

технологическийпроцесс(ХТП).

Энергетическаяподсистема– частьпроизводства, служащаядля

обеспеченияэнергииХТП. Приэтомвзависимостиотвидаэнергии

(тепловой, силовой, электрической) можетбытьпредставленасоответ-

ствующаяподсистема.

И, наконец, подсистемауправления– частьпроизводствадляполу-

ченияинформации оего функционировании и дляуправленияим.

Обычноэтоавтоматизированнаясистемауправлениятехнологическим

процессом(АСУТП).

СовокупностьфункциональныхподсистемобразуетсоставХТС.

Масштабныеподсистемы ХТСможносистематизироватьввиде

ихиерархическойпоследовательностииерархическойструктурыХТС

(рис. 1).

Масштабныеподсистемывыполняютопределенныефункциивпо-

следовательностипроцессовпереработкисырьявпродукты (какот-

дельныечастиХТП).

ВструктуреХТСминимальныйэлементотдельныйаппарат(реак-

тор, ректификационнаяколонна, теплообменник, абсорбер, насосидр.).

ЭтонизшиймасштабныйуровеньI. Несколькоаппаратов, выполняющих

вместекакое-топреобразованиепотокаэтоэлементыподсистемыII мас-

штабногоуровня(реакционныйузел, напримернасос, емкость, система

разделениямногокомпонентнойсмесиит. д.).

Совокупностьподсистемвторогоуровнякакэлементобразуетпод-

системуIII уровня(отделениеилиучасткипроизводства, напримерв

производствесернойкислоты, отделениеобжигасеросодержащего

сырья, очисткииосушкисернистогогаза, очисткиотходящихгазов,

контактноеиабсорбционноеотделения).

Кэтимжеподсистемаммогутотноситьсяводоподготовка, регене-

рацияотработанныхвспомогательныхматериалов, утилизацияотходов.

Химическое

производство

Отделение

химического

производства

Узлыи

агрегаты

Рис. 1. ИерархическаяструктураХТС

Единичные

аппараты

III