В чем преимущества использования замкнутых производственных циклов перед строительством поясните

Современное состояние экологической системы Земли приводит к различного рода усовершенствованиям и изменениям. Решение проблемы сохранения природных ресурсов, в том числе и водных, заключаетмся в создании и использовании безотходных сисетм производства. В основе безотходных технологий лежит принцип комплексного использования сырья и энергии. Также к моделям безотходного производства относят малоотходные принципы функционирования предприятий. Малоотходной называется такая технология, в которой по каким-то причинам не может быть реализована идеальная модель безотходного способа.

Основные отходы большинства предприятий — это отработанные воды с разной степенью загрязнения. Очистные сооружения предполагают изначально сбор, перевозку и затем очищение вод. Обычно при транспортировке и сборе отработанных вод происходит неизбежное смешение близких по своим свойствам и совершенно различных соединений, и это приводит к усложнению выделения нужных составляющих и очистки воды до нужного состояния. Иногда решение этой задачи остается невыполненным.

Системы водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий

Очистные сооружения, действующие по принципам механической, химической и биологической очистки сточных вод, не гарантируют уменьшения солесодержания в стоках, а иногда, в результате некорректной подготовки механизмов, эти концентрации существенно повышаются.

Создание замкнутых систем водоснабжения приводит к тому, что удельный расход испольсования свежей воды значительно снижается. На заводах химических волокон этот процесс проходит в два этапа. Первый этап заключается в мероприятиях, ведущих к снижению водопотребления без капитальных затрат. Второй же этап основывается на осуществлении этих мероприятий с помощью разнообразных очистных сооружений.

Создание замкнутых систем и соответствующих им очистных сооружений обусловлено тремя причинами: недостатком воды, снижением ассимилирующей способности у объектов, которые предназначены для приема промстоков и экономическими выгодами перед прямоточными системами водообеспечения.

Использование этих систем и соответствующих очистных сооружений позволяет выстраивать химические предприятия в районах с минимальными водными ресурсами, но приемлимыми с точки зрения экономико-географическими показателями.

Генеральный директор ООО «Технологическое оборудование»

Доклад на круглом столе «Оценка эффективности дополнительного обременения при выдаче квот на вылов водных биологических ресурсов»

Рыбохозяйственный комплекс играет существенную роль в продовольственном комплексе страны и является одним из основных источников занятости населения приморских регионов России. Это определяется наличием значительного потенциала водных биологических ресурсов, что является естественным конкурентным преимуществом России в глобальной экономике и составляет основу развития экономики и социальной сферы прибрежных субъектов.

1. Наделение правом на вылов на 2018-2043 гг.

Текущая ситуация в рыбохозяйственном комплексе Российской Федерации характеризуется положительной динамикой основных показателей. Так, за последние пять лет вылов водных биоресурсов вырос с 3801,4 тыс. тонн в 2009 году до 4296,8 тыс. тонн в 2013 году, или на 13%.

Вебинар. Рециклинг отходов строительства и сноса

Производство рыбы и рыбных продуктов, полуфабрикатов и продуктов глубокой переработки увеличилось за это же время с 3309 тыс. тонн до 3682 тыс. тонн (на 11%). Доля отечественной пищевой рыбной продукции на внутреннем рынке выросла с 72,4% в 2009 году до 78,2% в 2013 году, но пока еще не достигла порогового значения на уровне 80%, определенного Доктриной продовольственной безопасности. Существует ряд факторов, которые сдерживают развитие отрасли. Среди них одно из ключевых мест отводится моральному и техническому старению основных материальных фондов отрасли (в их числе — береговые перерабатывающие производства, флот).

На сегодняшний день производственный потенциал отрасли практически исчерпан. Необходим действенный механизм, способный дать толчок инвестированию в производство.

Депутатами Госдумы подготовлен законопроект, согласно которому срок закрепления квот на вылов ВБР предлагается увеличить с 10 до 25 лет. Более широкий горизонт планирования позволит привлечь в отрасль инвестиции для развития тех секторов рыбного хозяйства, которые сегодня остро нуждаются в модернизации и реновации.

Вместе с тем необходимо соблюсти принципы, которые станут гарантией того, что предпринимаемая мера будет эффективной и достаточной.

Право на вылов «2018 – 2043» должно дополнительно:

Закрепить принципы, гарантирующие устойчивое развитие отрасли;

Сбалансировать решение социально-экономических задач и сохранять природный (ресурсный) потенциал отрасли;

Отвечать экономическим и социальным интересам как государства, так и хозяйствующего субъекта;

Обеспечивать доступ к ресурсу и поощрять его рациональное и эффективное использование;

Стимулировать обновление основных материальных фондов отрасли.

Соответствие данным принципам при наделении ресурсом позволит стимулировать развитие как отрасли в целом, так и предприятий в частности.

2. Завод замкнутого цикла – точка стратегического развития отрасли

До настоящего времени не сформировано единого понимания сущности, принципов ограничений (обременений) прав на вылов. Между тем, необходимость обоснованного и документарного осмысления этого вопроса существует. Не только для государства, но и для осуществления практической, хозяйственной деятельности. Как было отмечено, право на вылов должно стимулировать субъекты бизнеса направлять средства в обновления фондов, но при этом не должно противоречить самой логике ведения экономической деятельности.

В качестве возможного механизма подобного стимулирования может рассматриваться сама необходимость модернизации производств, предполагающая внедрение на предприятиях современной технологии переработки поступающего сырья, которая позволит работать без отходов. Предприятия с правильно организованным технологическим циклом становятся замкнутыми, перерабатывающими все поступающее сырье в полезные продукты.

Заводы замкнутого цикла могут быть рассмотрены в качестве новой стратегической точки развития как отрасли в целом, так и предприятий в частности.

Современная технология, которая закладывается сразу при проектировании предприятия (как берегового производства, так и судового), позволит обеспечить:

Высокую технологичность производства (автоматизация);

Его эффективность (высокая степень переработки сырья);

Увеличить производительность труда до европейского уровня;

Увеличить добавленную стоимость каждой выловленной тонны ВБР.

Завод замкнутого цикла предполагает, что каждый шаг переработки имеет значение. Технология позволит принять, рассортировать, сохранить и переработать рыбу и морепродукты таким образом, чтобы на каждом этапе они не потеряли свое качество. Более того, завод замкнутого цикла также подразумевает, что любая часть (будь то прилов либо отходы производства) могла быть эффективно использована для получения рентабельной продукции.

Все, что вошло на завод, должно превращаться в товарную продукцию. Данная технология может быть реализована и на берегу, и на флоте. При этом она позволит работать на всех объектах промысла. В том числе включить в производственный цикл такие водные биологические ресурсы как сайра, сельдь, лосось, а также приловы и неодуемые объекты и все отходы производства.

Рассмотрим эффективность обозначенной концепции на следующих примерах:

а) Модернизация судовых рыбомучных установок

б) Модернизация берегового рыбоперерабатывающего комплекса по приемке лососевых.

а) Традиционно основная масса гидробионтов добывается на судах в исключительной экономической зоне. Объем добычи ВБР в Дальневосточном бассейне составляют в год до 2,6 млн. тонн. При этом отходы от переработки гидробионтов на судах составляют от 30 до 40%, или 560 тыс. тонн.

Все крупнотоннажные суда оборудованы рыбомучными установками «традиционного» прессового типа для производства рыбной муки. Из-за несовершенства этой технологии до 25% сухих веществ удаляется из перерабатываемых отходов со сбросом за борт подпрессового бульона.

Модернизация существующих РМУ позволит увеличить выход рыбной муки на 15% и протеина — до 62%.

Так, суда типа МРКТ типа «Старжинский», имеющие судовую рыбомучную установку производительностью 150 тонн по сырью, при модернизации смогут увеличить выход рыбной муки на 6,3 тонны в сутки, что в денежном эквиваленте равно 260 тыс. рублей. И это только за одни рыбопромысловые сутки.

Если экстраполировать данный пример на отрасль, то мы увидим: 1,6 млн. тонн тресковых пород добывается в ИЭЗ РФ ежегодно. При использовании традиционной прессовой технологии образуется подпрессовый бульон, который при модернизации судовых РМУ декантерными центрифугами может дать дополнительно 32 тыс. тонн высококачественной протеиновой муки. В рублевом эквиваленте это равняется 1,2 млрд. рублей (37 млн. долларов).

б) В настоящее время на береговых предприятиях Дальнего Востока перерабатывается более 700 тыс. тонн разнообразных пород рыб – от камбалы до нерки. При этом отходы производства рыбопродукции составляют до 30%, или более 200 тыс. тонн. Зачастую они никак не используются. В лучшем случае предприятия перерабатывают отходы на малоэффективных прессовых установках в муку, однако большинство – сбрасывает отходы в море в 7-мильной зоне, либо закапывает.

Существующее на большинстве предприятий отрасли оборудование не способно обеспечить защиту экологических интересов и рациональное природопользование с одной стороны, с другой – производить из вторичного сырья качественные продукты для последующего использования в сельском хозяйстве, медицине и других отраслях, т.е. зарабатывать на отходах.

Среди основных причин, почему на данный момент отходы не используются эффективно, можно выделить следующие:

Отсутствие технологии сбора отходов;

Отсутствие технологии, позволяющей эффективно перерабатывать малые (до 200 тонн в сутки) объемы отходов жирных пород рыб;

Малый объем доступных данных о специфике переработки жирных пород рыб (прежде всего, лосося).

Вместе с тем за одну лососевую путину при производстве обезглавленной продукции доля отходов составляет 15-20%, или около 66 тыс. тонн от 330 тыс. тонн освоенных лососевых. Пользуясь современной технологией на базе декантера, возможно извлечь из этого объема порядка 15 тыс. тонн муки и 11,5 тыс. тонн рыбьего жира.

По информации IFFO, за период с марта по сентябрь 2013 года стоимость муки достигала исторического максимума – 2018 долларов за тонну. Стоимость тонны рыбьего жира — 1,3 тыс. долларов, пищевого – 2200 долларов за тонну. Таким образом, только в текущем году отрасль недополучила более 50 млн. долларов США.

И на флоте, и на берегу отходы могут стать точкой роста как предприятия, так и отрасли.

Внедрение заводов замкнутого цикла позволит продолжить нынешнюю тенденцию сокращения отходов и увеличения использования побочных продуктов обработки рыбы, что будет приносить растущую пользу в экономическом, социальном, природоохранном и экологическом плане.

Таким образом, внедрение заводов замкнутого цикла в рамках модернизации производств позволит нам сделать отрасль эффективной и закрыть вопрос «обременения» права на вылов.

2.1. Потребности рынка

Согласно данным Минсельхоза, потребность российского рынка в рыбной муке составляет 500 тыс. тонн. Производство при этом едва превышает 145 тыс. тонн, однако около половины объема – порядка 70 тыс. тонн – уходит на экспорт. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), потребность мирового рынка в рыбной муке составляет 10 млн. тонн в год.

Согласно прогнозам, потребность мирового рынка в рыбной муке и жире продолжит расти быстрее, чем темпы производства. Так, в период до 2015 года спрос на рыбную муку вырастет как минимум до уровня 6 млн. тонн в год. Повышенный спрос на муку будет обеспечиваться за счет роста аквакультуры, объем продукции которой, по прогнозам ФАО, увеличится на 10% — до 70-75 млн. тонн.

Что касается рыбьего жира, то наиболее перспективным направлением является производство рыбьего жира медицинского качества. Согласно докладу ФАО, глобальный спрос в 2010 году на компоненты с Омега-3 составил 1,595 млрд. долларов США.

Анализ аптечных продаж продукции, содержащей рыбий жир, демонстрирует высокую динамику: в упаковках рост этого сегмента составил +17%, а объемы продаж в денежном выражении выросли на 32%.

Всего в 2012 году через аптеки было реализовано 210 млн. упаковок БАД на сумму 29,9 млрд. рублей, при этом доля БАД, содержащих рыбий жир, составила 7,8 млн. упаковок (26%) на сумму 1 млрд. рублей.

Средневзвешенная стоимость у продукции, содержащей рыбий жир, выросла с 76,1 рублей в 2008 году до 126,6 рублей в 2012 году (на 40%).

Согласно данным «Розничного аудита БАД в РФ»™ (IMS Health), ежегодно ассортимент препаратов увеличивается на 8-14 наименований БАД, содержащих в качестве основного действующего вещества Омега-3 ЖК рыбьего жира. Если в аптечных продажах 2008 года из 113 торговых наименований сегмента препаратов РЖО-3 97 были БАД, то в 2012 году из 144 торговых наименований 129 являлись БАД. Доля лечебных средств (ЛС) сегмента в упаковках составила 11,5% (еще в 2008 году она составляла 20,9%), при этом и в денежном выражении – 10,2%.

Аналитики компании Frosn

Исключает давление на промысловую базу.

2. Отвечает экономическим и социальным интересам государства и субъекта бизнеса, в том числе:

Является рычагом, стимулирующим увеличение поставок рыбопродукции на внутренний рынок;

Позволяет модернизировать рыбоперерабатывающий сектор (как береговые комплексы, так и на судах);

Увеличивает производство продукта с высокой добавленной стоимостью на территории страны;

Обеспечивает высокотехнологичное развитие рыбохозяйственного комплекса;

Имеет мультипликативный оздоровительный эффект для экономики территорий:

Стимулирует рост валового регионального продукта;

Приводит к увеличению доходов в бюджеты всех уровней.

Для субъектов бизнеса внедрение заводов замкнутого цикла позволяет:

Максимально эффективно использовать сырье в 100% объеме без увеличения себестоимости вылова;

Обеспечить непрерывный режим работы;

Добиться высокой автоматизации процессов;

Дает возможность перерабатывать любую рыбу, в первую очередь, наиболее жирные виды (универсальность);

Расширить номенклатуру предлагаемых товаров;

Извлечь максимально возможную прибыль;

Повысить конкурентоспособность предприятия на рынке;

Обеспечить высокий уровень экологической безопасности.

Согласно распоряжению Правительства РФ от 25.10.2010 №1873-р, одной из основных задач государственной политики РФ в области здорового питания населения на период до 2020 года является развитие промышленного производства специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов и БАД к пище, в т.ч. для питания в организованных коллективах.

Создание замкнутых производственных циклов связано с со­вершенствованием методов очистки техногенных выбросов и воз­можностью их повторного использования.

Разработка эффективных методов очистки газов решается по нескольким направлениям, основные из которых следующие:

совершенствование и разработка новых технологий и методов очистки;

применение современных коррозионно- и термостойких ма­териалов и агрегатов в системах газоочистки.

Пыль является одним из токсичных компонентов, присутству­ющих в газовых выбросах. Для тонкой очистки газов от пыли в различных отраслях промышленности применяют электрофильт­ры, которые характеризуются высоким потреблением электриче­ской энергии.

В настоящее время разрабатываются и внедряются экономич­ные тканевые фильтры. В них используют современные тканевые материалы на коррозионно- и термостойкой основе. Такие аппа­раты могут заменить электрофильтры и работать при температуре до 750 °С. Новые конструкции тканевых рукавных фильтров на­шли применение в цветной металлургии.

В различных отраслях промышленности широко используется абсорбционная очистка газов, но при этом образуется большое количество шламов, которые не находят применения и транс­портируются на промышленные свалки или в шламонакопители.

В качестве альтернативы в настоящее время разрабатывают ме­тоды адсорбционной очистки с применением твердых сорбирую­щих материалов и последующей регенерацией адсорбента, что позволяет значительно сократить количество шламов.

Разрабатываются и применяются технологические процессы с замкнутым циклом рециркуляции газов. По этой технологии отходя­щие газы промышленных производств проходят очистку, осво­бождаются от пыли и токсичных примесей, а затем их вновь пода­ют на технологическую стадию.

Таким образом, уже сейчас имеются достаточно эффективные методы газоочистки и технологические процессы, позволяющие значительно снизить или ликвидировать выброс токсичных газов в атмосферу.

Вопросы уменьшения жидких техногенных выбросов решаются путем совершенствования методов очистки промышленных сточных вод и организации замкнутых водооборотных циклов.

Состав сточных вод весьма различен, что делает невозможным подбор универсальных методов очистки. Одним из наиболее рас­пространенных и эффективных способов является биологическая очистка. Использование уникальных свойств микробных клеток позволяет значительно ускорить процессы самоочищения загряз­ненной воды за счет создания искусственных условий, благопри­ятных для роста микробов.

Наиболее признанным и эффективным технологическим при­емом является организация замкнутых водооборотных циклов. При этом сокращается водопотребление и уменьшается сброс промыш­ленных вод в природные водоемы благодаря многократному ис­пользованию воды.

Реализация водооборотных схем зависит от технологий очист­ки загрязненной воды, обеспечивающих возможность ее возврата в цикл. Обычно устанавливают локальные устройства для очистки сточных вод до норм, позволяющих использовать воды повторно. В этом случае свежая вода расходуется только для восполнения потерь.

Замкнутые водооборотные циклы реализованы на многих про­изводствах. Например, в химической промышленности при произ­водстве экстракционной фосфорной кислоты, при получении сер­ной кислоты и аммиака. В сочетании с реализацией новых аппаратурно-технических решений при производстве фосфорной кисло­ты это дало возможность уменьшить потребление воды в 20 раз.

ЦИКЛ ЗАМКНУТЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ — многократное использование материального ресурса (воды, воздуха и т. п.) в производстве с предварительным охлаждением, очисткой и т. п. процессами, возвращающими ресурсу необходимое для заданной технологии качество. Ц. з. п. может охватить ряд производств; при этом ресурс из последнего в цепи производства поступает в первый.[ . ]

Производство фосфора и его переработка связаны с расходом значительных количеств воды. В процессе производства эта вода загрязняется многочисленными примесями, среди которых наиболее токсичными являются: желтый фосфор, фтористые, цианистые и сернистые соли, фенолы, фосфин. Организация работы фосфорного завода без выпуска стоков в водоемы и сброса шламов является наиболее целесообразной, как для защиты окружающей природной среды и рационального использования водных ресурсов, так и с точки зрения экономики производства. Такая организация использования воды основана на наличии взаимосвязанных замкнутых циклов, с промежуточной очисткой воды до установленных норм. Главным звеном в этой организации является цех очистки сточных вод. Принимая химически загрязненную воду завода, он должен переработать ее и выдать воду установленного регламентом качества для снабжения технологических процессов, систем мокрой пыле-газоочистки и других потребителей, а также переработать и подготовить к утилизации шламы, получаемые при очистке сточных вод.[ . ]

С этой целью решаются сложные проблемы создания бессточных производств, использования воды в замкнутых циклах, совершенствуется технология обезвреживания различных видов стоков и максимальная утилизация отходов. И именно здесь оказываются особо эффективными современные приемы опреснения воды — приемы, в основе которых лежат процессы отделения воды от содержащихся в ней примесей.[ . ]

С целью развития малоотходных производств с замкнутым циклом разрабатываются реестры отходов промышленных предприятий, схемы и комплексные планы по проблеме межотраслевого использования отходов и исходного сырья.[ . ]

В связи с этим в современном обществе резко возрастают роль и задачи инженерной (технической) экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты окружающей срёды, всемерно развивать основы создания замкнутых и безотходных технологических циклов и производств.[ . ]

В связи с большой водоемкостью фосфорных производств и острым дефицитом воды в основных регионах их размещения, получили распространение способы повторного использования воды в замкнутых оборотных циклах. Обычно на этих предприятиях используют два вида циркуляционного водоснабжения — повторное использование химически загрязненных стоков и оборотное — для охлаждения теплообменного оборудования. В настоящее время эти системы обеспечивают более 98% потребности в воде фосфорных производств. Сброс воды из оборотных систем составляет 7-8 ООО м /сут, и часть ее после осветления в прудах-накопителях используется для подпитки этих систем.[ . ]

Инженер производства должен понимать, что порочный круг можно преодолеть, и это всецело находится в руках вооруженного знаниями человека. В настоящее время усилия ученых направлены на то, чтобы сделать ресурсный цикл замкнутым, т. е. с одной стороны, разрабатываются и совершенствуются процессы, связанные с извлечением и переработкой необходимых ресурсов, а с другой — обусловливается возвращение их в трансформированном (измененном) виде в производство для повторного и неоднократного использования.[ . ]

Переход к замкнутой системе — непрерывному кругообороту веществ в процессе производства, где переработка отходов — конечное звено одного цикла и начальное следующего, есть непременное требование современного экономического развития. В соответствии с этим вопрос сбора и переработки отходов пластических масс требует решения уже в условиях производства, потребляющего полимерные материалы.[ . ]

При создании замкнутых систем водного хозяйства проектирование систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий должны проводить одновременно с проектированием основного производства. При этом необходимо выделить три самостоятельных цикла водоснабжения: охлаждающий, технологический и транспортный.[ . ]

По сравнению с твердыми отходами жидкости обладают повышенной степенью вредного воздействия на организм человека и окружающую среду. При работе с ними особенно необходимо обеспечить гигиенические и безопасные условия труда. В задачу современной технологии входят не только устранение вредностей и опасностей производства, но и разработка новых схем технологических процессов и конструирование аппаратов, которые с самого начала были бы лишены этих недостатков. В числе мероприятий по созданию безопасной и безотходной технологии должны быть следующие: разработка систем замкнутого цикла, обеспечение возврата используемых реагентов и воды, полная утилизация вторичных продуктов. Из всей совокупности производственных отходов жидкие отходы занимают наибольший удельный вес, и утилизация их сопряжена с наибольшими материальными и энергетическими затратами. Это необходимо учитывать при разработке мероприятий по дальнейшему развитию принципов безотходной технологии.[ . ]

По сравнению с используемыми методами радиационная очистка ликвидирует необходимость больших площадей, интенсифицируя тем самым производство и ускоряя процесс выработки продукции — чистой воды. Особенно выгодным, очевидно, явится использование этого способа очистки при условии создания замкнутого цикла — кругооборота используемой воды, поскольку это позволит снизить необходимые объемы потребляемой воды. Продемонстрируем это на следующем конкретном примере.[ . ]

Для современного производства, как правило, требуется многоступенчатая очистка, особенно если номенклатура примесей многообразна. Так, при производстве электронной аппаратуры количество вредных веществ доходит до 20-30 наименований: от углекислого газа и пыли до соединений меди и свинца, формальдегида и эпихлоргидри-на. Поэтому необходимы сухие и мокрые аппараты, адсорбенты и абсорбенты наряду с электрофильтрами. Но и для этого производства основная задача — уменьшение объема и перечня отходов, их рециклизация, создание замкнутых циклов.[ . ]

Развитие малоотходных производств с замкнутым циклом находится пока в начальной стадии. Успех этого большого дела зависит в значительной степени от технологов, занимающихся разработкой новых и совершенствованием действующих технологических процессов.

Однако трудности во внедрении безотходных производств с замкнутым циклом создает узкоотраслевой подход к развитию отдельных отраслей промышленности. Необходимо, чтобы предприятия, отходы которых используются вторично, были заинтересованы в изменении связанных с этим технологических процессов. К примеру, отходы тепловых электростанций, состоящие из золы и шлаков от сжигаемого топлива, как правило, идут в отвал в смешанном виде. Между тем при производстве строительных материалов их используют раздельно, в связи с чем необходимы некоторые изменения в устройстве и эксплуатации ГРЭС. Новочеркасским политехническим институтом разработано соответствующее предложение по этому вопросу для Новочеркасской ГРЭС.[ . ]

Собственно экологизацией производства следует считать уподобление производственных (технологических) процессов, т. е. ресурсных циклов, естественным «замкнутым» круговоротам подвижной части химических элементов в биосфере. Понятно, что биогеохимические циклы также не являются абсолютно замкнутыми: часть вещества исключается из круговорота на очень длительный срок (переходит из малого круговорота в большой). Принципиальное отличие заключается в том, что выходящее из цикла в природе вещество не является ксенобиотиком, не представляет собой загрязнения и уходит не в отход, а в запас. Понятно также, что полностью уподобить ресурсный цикл естественному биогеохимическому циклу невозможно. Закон сохранения вещества с очевидностью показывает, что безотходная технология в принципе невозможна, и в общем случае под ней следует понимать идеальное и теоретически недостижимое сочетание технологических процессов, в которых масса полученных продуктов равна массе израсходованных сырьевых и прочих материалов.[ . ]

Производственные процессы с замкнутым циклом и комплексным использованием исходного сырья уже практически реализованы на Лисичанском содовом заводе имени Ленина, Невинномысском производственном объединении «Азот». Успешно используются отходы Ростовского химического завода в качестве добавок в производстве строительных материалов.[ . ]

Первоначально безотходным производством называли такой способ производства некоторой группы продуктов потребления, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы — производство — вторичные сырьевые ресурсы — отходы производства и потребления», и все воздействие на ОС, сопровождающее названный цикл, не нарушает ее (среды) нормального функционирования, т. е. под безотходным производством понималась замкнутая система, организованная по аналогии с природными экологическими системами.[ . ]

При проектировании химического производства практический интерес представляет сравнение безотходной технологической схемы с традиционной схемой получения данного продукта. Для проведения такого анализа составляются эталонные проекты, предназначенные для выработки и планирования технической политики в области создания безотходной технологии. Понятие “эталонный проект” подразумевает такую совокупность технологических стадий в цикле “ресурсы — производство — потребление — ресурсы”, при которой обеспечивается замкнутое движение материальных и энергетических потоков.[ . ]

Конкретные мероприятия по борьбе с загрязнением водоемов общеизвестны.[ . ]

Создание экономически рациональных замкнутых систем водного хозяйства является трудной, но разрешимой задачей. Сложный физико-химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений и их взаимодействие делают невозможным подбор универсальной структуры замкнутых систем, пригодных для применения в различных отраслях народного хозяйства. Создание таких систем зависит от особенностей технологии предприятия, его технической оснащенности, требований к качеству получаемой продукции и используемой воды и др. Вопросы рационального использования воды по замкнутому циклу специалисты должны решать в самой тесной связи с разработкой технологии основного производства. Сейчас в стране уже действует более 200 промышленных предприятий и отдельных крупных производств, на которых созданы замкнутые системы технического водоснабжения.[ . ]

Электрокоагуляцию можно применять в производствах с замкнутым циклом водообеспечения. Но использование этого метода в каждом конкретном случае требует предварительной отработки и определения оптимальных условий очистки сточных вод.[ . ]

В перспективе будут более широко создавать производства с замкнутыми технологическими циклами. В них воздух используется многократно, а все отходы утилизируются.[ . ]

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.[ . ]

Эталонный проект — совокупность технологических стадий с цикле сырьевые ресурсы — производство — потребление — ьторичные сырьевые ресурсы, обеспечивающих замкнутое движение материальных н энергетических потоков. При составлении эталонного проекта для отдельных видов химической продукции используют наиболее совершенные технологические схемы получения этой продукции и переработки отходов, при которых не образуются вторичные отходы.[ . ]

В Соединенных Штатах Америки проектируются схемы хлорных производств с однократным использованием воды в замкнутых системах. Наиболее прогрессивными являются следующие решения: хлоргаз и водород охлаждают в поверхностных холодильниках, образующиеся конденсаты направляются в цикл подпиточных вод, используемых в основном для приготовления рассола и для подземного растворения соли.[ . ]

Совершенствование технологии промышленного и сельскохозяйственного производства ставит целью сведение до минимума выбросов и отходов, загрязняющих природную среду. Идеальной моделью такого производства является безотходная технология с замкнутыми циклами водопотребления. Большие средства вкладываются в строительство очистных сооружений — фильтров, пылеулавливателей, отстойников и т. п. В сельском хозяйстве переход на более прогрессивный метод орошения — дождевание — значительно снижает расходы воды и потери земель вследствие вторичного засоления и заболачивания.[ . ]

Данный фрагмент схемы технологического процесса отражает только часть производства с замкнутым циклом использования воды.[ . ]

Ведущим направлением в разрешении проблемы защиты водоемов от загрязнений отходами промышленных производств является создание такой технологии, которая сводила бы к минимуму образование сточных вод в основном процессе производства, и разработка методов переработки отходов производства на вторичное сырье. Среди производств, для которых данная проблема уже решена, можно назвать производство фенола с замкнутым циклом сточных вод, анилина и других ароматических аминов, получаемых контактными методами, фталевого ангидрида и ряд других.[ . ]

Основным направлением защиты атмосферы от загрязнений является создание малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья. Но это в идеале, в настоящее время очистка газов от загрязнений является пока единственным эффективным методом обезвреживания атмосферы. Существующие методы очистки можно разделить на две группы: некаталитические (абсорбционные и адсорбционные) и каталитические. Рассмотрим ряд методов химической очистки от наиболее распространенных загрязнителей.[ . ]

Основным направлением защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами является создание новых малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья. К технологическим защитным мероприятиям также относятся: рекуперация растворителей, герметизация оборудования, сокращение неорганизованных выбросов, замена сухих процессов мокрыми, применение малодымного и малосернистого топлива, строительство высоких (до 300 м) труб для удаления зоны максимального загрязнения и снижению концентрации в приземном слое. К техническим мерам борьбы с выбросами автотранспорта относится регулировка двигателя с выбором оптимального состава горючей смеси и режима зажигания.[ . ]

Вероятно, самопроизвольный процесс взаимной нейтрализации требует еще дополнительного изучения. Однако эта идея при невозможности организации производства с замкнутым циклом заслуживает внимания. Авторы проведенного исследования считают, что добавка к случайно сложившемуся процессу составляющие и их соотношение) специальных присадок позволила бы получить вещества с заранее заданными свойствами. Это приводит к мысли дополнять складывающиеся в каком-либо регионе промышленные комплексы еще одним предприятием — своеобразным физико-химико-био-логическим комбинатом, дорабатывающим все то, что остается на основных предприятиях, и превращающим их отходы в безвредные.[ . ]

В практическом достижении этой цели пользуются и другими терминами: развитие ресурсосберегающей и энергосберегающей технологии; использование вторичных энергетических ресурсов; применение производств с замкнутым циклом, безотходное и малоотходное производство. В последнем случае предполагается, что все отходы, в том числе загрязняющие воздух и воду, почти полностью отсутствуют или используются в других технологических циклах данного производства, смежных Отраслей промышленности или в сельском хозяйстве. Производства, работающие с использованием отходов потребления, являются также безотходными (малоотходными). Производства, не отвечающие этим требованиям, называют рядовыми.[ . ]

Физико-химические методы очистки атмосферы от газообразных загрязнителей. Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами — создание новой безотходной технологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.[ . ]

В ряде случаев отдельно взятое мероприятие, направленное на защиту окружающей среды, в полном объеме ее не решает. Наиболее эффективными являются комплексные решения, включающие весь арсенал средств и методов охраны окружающей среды с организацией производства по замкнутому циклу и переходу к безотходным технологиям.[ . ]

По данным института экономики Академии наук СССР, целлюлозно-бумажная промышленность является одним из основных загрязнителей окружающей среды, выбрасывая до 75 % всех отходов в виде взвешенных частиц. Нужны перспективные решения, при реализации которых резко сократятся выбросы в атмосферу и водоемы. Поэтому в бумажном производстве необходимо сократить расход свежей воды на 1 т готовой продукции с применением при этом максимально замкнутых циклов использования оборотной воды, что одновременно должно привести к уменьшению себестоимости изготовляемой бумаги. Кроме экономии воды, волокон и наполнителей при замкнутом цикле использования оборотной воды достигается также и более рациональное использование тепла, что в ряде случаев, например в производстве газетной бумаги, очень важно. Действительно, максимальное использование тепла, заключенного в потоке древесной массы (основного компонента газетной бумаги), способствует повышению температуры массы, поступающей на сетку бумагоделательной машины. Это облегчает процесс обезвоживания массы и повышает температуру оборотной воды, что приводит к повышению температуры массы, поступающей на сетку бумагоделательной машины.[ . ]

Промстоки (производственные сточные воды) и фекальные стоки от объектов соцкультбыта характеризуются рядом параметров: количеством (в кг или в л), физико-химическими свойствами от растворенных, эмульгированных или взвешенных веществ, степенью их токсичности, канцерогенно-сти, мутагенности, щелочностью или кислотностью, органолептическими характеристиками — запахом, цветом, вкусом. Промстоки подразделяются на условно чистые (от охлаждения технологического оборудования) и грязные (от прочих цехов, участков, стройплощадок и др.). Условно чистые стоки подвергают охлаждению в отстойниках или градирнях, очищают от взвесей и масел, а затем возвращают в производство с ограниченной добавкой холодной воды (потери на испарения). Такой процесс называют замкнутым циклом водопотребления, с точки зрения охраны природы он наиболее безвреден. Грязные промстоки отводят к очистным сооружениям по канализационным коллекторам, удаляют из них твердые фракции, отфильтровывают нефтепродукты, затем обеззараживают и направляют в устройства глубокой очистки или отстойники.

Проведен системный анализ возможностей и границ повторного использования материалов в рамках промышленной экологии. Дана классификация невозобновляемых материалов. Отражены направления использования отдельных классов невозобновляемых материалов. Рассмотрены критерии эффективности повторного использования материалов. Приведены структурные признаки замкнутого цикла.

Охарактеризованы возможные формы замкнутого цикла. Показано значение замкнутого цикла для обеспечения устойчивого развития. Рассмотрена роль энергии в обеспечении замкнутого цикла. Исследовано сжигание как возможный процесс утилизации отходов. Показана двойственная (позитивная и негативная) роль технологий для обеспечения устойчивого развития.

Определено значение инновационных технологий для успешного перехода к промышленной экологии. Сделан вывод о необходимости расширенного использования существующей и испытанной устойчивой техники; инноваций и разработки новой устойчивой техники.

1. Дорохина Е.Ю., Огольцов К.Ю. К вопросу о концептуальном понимании промышленной экологии // Путеводитель предпринимателя. – 2012. – № 16. – С. 95–103.

2. Дорохина Е.Ю., Огольцов К.Ю. О возможных стратегиях устойчивого развития и промышленной экологии // Путеводитель предпринимателя. – 2013. – № 17. – С. 100–108.

3. Дорохина Е.Ю., Пантелеев С.С. К вопросу о трех столпах устойчивого развития // Научные труды SWorld. – 2012. – Т. 33, № 4. – С. 16–21.

4. Allen D.T. An Industrial Ecology: Material flows and engineering design. Department of Chemical Engineering, Universitiy of Texas – Discussion Paper Austin, 2003.

5. Cohen-Rosenthal E. Making sense out of industrial ecology: a framework for analysis and action// Journal of Cleaner Production, 12. Jg. (2004), H. 8-10, P. 1111–1123.

Закрытие оборота материалов путем возврата в производство или потребления остатков производственных процессов или отслуживших срок старых продуктов и утильсырья называется замкнутым циклом. Замкнутый цикл как экономическая деятельность имеет длительные исторические традиции.

Цель нашего исследования — системный взгляд на возможности и границы возвращения материалов в рамках перехода к промышленной экологии (ПрЭ). Это — значимая и пока не решенная по ряду причин проблема. Процессы замкнутого цикла сложно охватить одним взглядом, в частности, трудно разграничить замкнутый цикл и управление отходами.

Хотя известны основные структурные признаки замкнутого цикла, понятие это настолько многогранно, что даже в ПрЭ оно определяется разными способами. Для ПрЭ важны все формы замкнутого цикла — повторное использование, другое применение — во всех их проявлениях, причем переходы между названными формами часто размыты. Собственно говоря, возможность повторного использования материалов в хозяйственном обороте является одной из основных необходимых предпосылок функционирования ПрЭ. Подсмотренное у природы свойство — способность разбирать сложные материалы на их исходные компоненты для нового использования последних . При этом необходимо выяснить, какие формы замкнутого цикла играют существенную роль, и какие встречаются приложения. Различают 3 класса невозобновляемых материалов (см. таблица).

Классификация невозобновляемых материалов

Эта классификация относительна, так как технические возможности и экономические условия постоянно меняются, и участникам процессов не всегда известно, к какому классу относится материал.

Переход к ПрЭ требует, во-первых, увеличения использования в промышленных производственных процессах материалов из классов I и II, во-вторых, избегания материалов из класса III, в-третьих, нахождения путей компенсации незаменимых материалов из класса III с помощью инноваций в классах I и II. Разумеется, в классе III речь идет, прежде всего, о сильно диссипативных материалах, которые при применении рассеиваются в окружающей среде. Границы их повторного использования определяются лишь законами термодинамики, но с увеличением их применения необходимые издержки стремятся к бесконечности.

Экономическую границу замкнутого цикла разных материалов обуславливает отношение доли привлекательного сырья в природных материалах к его доле во вторичных материалах. Чем меньше эта величина, тем выгоднее обратное получение. При отношении существенно большем единицы замкнутый цикл представляет собой экономически невыгодную форму получения сырья . В конечном счете, все зависит от плотности сырья в первоначальном материале, которая имеет тенденцию к сокращению. С другой стороны, считается, что с уменьшением концентрации вновь обретаемого сырья во вторичных материалах экспоненциально растут затраты энергии для обратного получения.

Эмпирически доказано, что еще не израсходован экономический потенциал повторного использования тяжелых металлов, представляющих собой опасные отходы (hazardous waste). Однако ему противостоят диссипативные потери экотоксических субстанций, концентрация которых в экосфере во многих случаях повышается. Так как использование тяжелых металлов в ходе индустриализации непрерывно росло, то диссипативные потери постепенно приобретали все большее значение. Хотя не все экотоксические последствия и критические концентрации известны, но, начиная с их определенных уровней, можно ожидать значительных нарушений в окружающей среде.

Мы видим большой потенциал в освещении приложений ПрЭ, так как недостаток информации и правовых норм ограничивают инициативы даже по их экономически выгодному применению. Против использования невозобновляемых материалов III класса есть две причины: безвозвратное использование и истощение соответствующих материалов; токсические последствия для экосистем.

Вместе с тем может быть только один путь, реализуемый последовательно всеми заинтересованными лицами. Это путь, ведущий в направлении ПрЭ, т. е. к тому, чтобы все высоко диссипативные материалы соответствовали бы критерию непротиворечивости окружающей среде . Ждать до тех пор, когда технический прогресс позволит замкнуть оборот материалов, когда ресурсы станут настолько дорогими, что не будет никакого иного пути, было бы выражением неуместной инертности имеющихся промышленных систем. Каждая ступень и каждый элемент ПрЭ требует активного подхода. Можно выделить следующие ступени замкнутого цикла:

Непосредственный замкнутый цикл (в пределах того же самого производственного процесса);

Опосредованный замкнутый цикл (в пределах того же самого производственного процесса при временнoм или пространственном переносе);

Интегрированный замкнутый цикл (комбинация из обоих вышеназванных образований при дополнительном включении конструктивных элементов или блоков производственного процесса);

Системно-интегрированный замкнутый цикл (комбинация интегрированных в процесс внутренних положений замкнутого цикла с внешними, реализуемыми на другом предприятии производственными процессами).

При этом необходимо обеспечить, чтобы вторичные продукты использовались как можно раньше и в ближайшем регионе. Это даст экономические преимущества, связанные с уменьшением транспортных расходов и расходов по хранению. Чем выше стоимость вновь используемых благ, тем сильнее становится последний аспект.

Для ПрЭ требуется концепция, которая обобщает все формы замкнутого цикла в холархическую систему. Кроме того, нужны новые технологии возвращения материалов, продолжающие дело надежных и давно известных замкнутых циклов металлов, стекла и бумаги.

При этом речь идет о материалах, для которых, вследствие их относительно простой химической и механической разделимости, уже теоретически возможен замкнутый цикл. Разумеется, даже в уже реализуемых кругооборотах материалов еще имеются нерешенные проблемы с примесями и недостаточной чистотой вторичных материалов, препятствующие более полному повторному использованию материалов.

Например, в случае металлов, приобретающих специфические свойства при легировании, смешивание в ходе замкнутого цикла приводит к регулярному снижению качества вторичных материалов. Заметим, что металлы, как раз, характеризуются хорошей приспособляемостью к замкнутому циклу.

Регулярно появляющиеся примеси при каждом кругообороте накапливаются во вторичном сырье и уменьшают его чистоту, что фактически соответствует даунциклингу. В рамках ПрЭ можно расширить границы управления циркуляцией, так как постепенно разрабатываются новые технические и организационные процессы очистки для тех циркуляций материалов, в которых этот феномен раньше не встречался.

В перспективе это станет возможным в существенно большем объеме, так как и природное сырье характеризуется смесями материалов, которые затем разделяются посредством технологических процессов. Тем не менее, для функционирования ПрЭ неизбежна ориентация на замыкание циклов используемых в производстве материалов. При этом будет играть существенную роль «проектирование окружающей среды» (Design for Environment). При ПрЭ доля замкнутого цикла в производстве стремится к 1, так как это — целевое значение, устанавливаемое природой как «образцом». В любом случае это значение может быть достигнуто только в долгосрочной перспективе, так как многие материалы при нынешних замкнутых циклах теряют в качестве, и применимое сырье можно получить только при добавлении новых материалов.

Замкнутый цикл и энергия

Значение замкнутого цикла для устойчивой экономики можно оценить, анализируя следующие основные принципы, предлагаемые экологией:

а) все применимые невозобновляемые ресурсы должны повторно использоваться, пока это возможно;

б) отношение энергии, используемой для производства и потребления продуктов, и энергии, расходуемой для повторного предоставления сырья, должно быть изменено в пользу замкнутого цикла (т.е. доля энергии в замкнутом цикле в общеэкономическом потреблении энергии существенно увеличится);

в) невозобновляемые ресурсы могут быть введены в циркуляцию только в таком объеме, в каком для этого имеется регенеративная энергия, непригодная для других форм использования;

г) экономика потребления должна признаваться экономически равноценной экономике производства, так как создание там добавленной стоимости представляет собой существенную основу для производства.

Предпосылкой выполнения этих правил является то, что в долгосрочном периоде в распоряжении будут находиться исключительно возобновляемые энергоносители и в единицу времени — лишь ограниченное количество энергии. Вытекающие отсюда ограничения по использованию энергии в индустриальном обществе должны быть операционализированы с помощью критериев устойчивости . Пункты б) и в) показывают, что это вызывает проблему распределения.

Если ограниченный ресурс «энергия» не теряется, как это было до сих пор, при нежелательной диссипации веществ в процессах производства и потребления, а направляется на возвращение сырья, то становится очевидным, что прежние способы производства эксплуатировали основы своего собственного существования с двух сторон: сырьевой и энергетической. Если обе стороны теперь рассматривать с энергетической точки зрения и их использование подчинить естественным ограничениям, то доступность энергии станет в конечном итоге самым узким местом промышленных процессов.

Если привлекаться в хозяйственный оборот или связываться в продуктах должно большее количество материалов, то должно использоваться больше дефицитной энергии. Как утверждает экология, с возрастанием использования биомассы увеличивается расход энергии по техническому обслуживанию и ремонту.

То есть, переход к ПрЭ не может пройти безрезультатно для объема и качества, как промышленного производства, так и массового потребления. Хотя эффективность и состоятельность (непротиворечивость) необходимы для жизнеспособной экономики, но без выполнения условий существования они не являются целевыми характеристиками.

Технология, порождающая материальные и энергетические потоки, будет играть решающую роль при переходе к устойчивому развитию. Таким образом, неизбежно, что уже при планировании и конструировании продуктов следует принимать во внимание способность применяемых материалов к замкнутому циклу, и, кроме того, возможность применения бoльшего количества вторичных материалов.

Это означает не что иное, как полное обновление способов производства при постоянном учете требований ПрЭ. Если речь идет о возвращения материалов в экономическую циркуляцию, то необходимо решение многокритериальной задачи, учитывающей, с одной стороны, соотношение между экономическими издержками и экологическими последствиями, а, с другой стороны, качество вновь обретаемых материалов и их экономическую эффективность.

Термодинамика указывает на то, что энергетические затраты (и соответственно издержки) растут с уменьшением доли обратного получения и снижением качества вторичного сырья. Связь выражается следующим образом.

Чем меньше плотность материала, предназначенного для повторного использования, тем дороже его концентрирование до приемлемой меры, поскольку это влечет за собой непропорциональное использование энергии. Тем не менее, этот процесс требует подробного анализа.

Если на экологическом уровне рассматривать условия повторного и дальнейшего применения материалов, то на 5 ступенях трофики от первоначального производителя к первичному, вторичному и третичному потребителям, а также деструентам, можно видеть относительно возрастающую потерю энергии в форме излучаемого, т.е. неполезного тепла. Для перехода к ПрЭ потери энергии от одной до другой ступени потребления нужно описывать нормативными методами, учитывающими природно-экологические принципы.

Сейчас сложно определить, какие именно процессы замкнутого цикла из-за чрезмерного использования энергии будут оказывать отрицательное влияние на устойчивое развитие, т.е. на «прочность» экосистемы. В обозримом будущем энергия солнца все-таки будет излучаться в экосистему Земли, поэтому узкими местами будут сохранение невозобновляемых материалов и устранение из природного кругооборота веществ, чуждых природе. Отрицательная экологическая «стоимость» потери материала не может превосходить стоимости экологических последствий предоставления энергии. Или, иначе выражаясь, в отношении устойчивости оптимальными являются такие антропогенные процессы замкнутых циклов, при которых предотвращенная отрицательная стоимость (окончательной) потери материала сопоставима со стоимостью предоставления необходимой для процесса (регенеративной) энергии. Проблема «оценки» на основе этого простого правила еще не решена.

Сжигание как стратегия утилизации отходов

Сжигание материалов, неинтегрируемых более в хозяйственный оборот, некоторыми специалистами называется «тепловым применением» и также считается формой замкнутого цикла. С точки зрения термодинамики, этого не может быть, так как сожженные материалы содержат негэнтропию (отрицательную энтропию), но при сгорании или производят энтропию в форме диссипации или, в лучшем случае, полезное тепло . Полученная тепловая энергия (которая, с точки зрения энтропии, представляет собой обесцененный вид энергии) сопоставляется с энергией, заключенной в сожженных (и диссипируемых) материалах.

Последняя по своей значимости многократно превышает извлеченное тепло. Сжигание ранее применяемых, но по разным причинам утративших свою полезность, материалов согласно термодинамике является убыточным делом, поэтому не может относиться к методам замкнутого цикла и в рамках ПрЭ должно быть исключением.

Оно представляет собой вынужденную меру при отсутствии фантазии и творческого подхода. Только в единичных случаях, которые следует тщательно проверять, сжигание может стать устойчивым решением, оставаясь в целом исключением. Процессы замкнутого цикла требуют адекватной технологии, учитывающей экономические, экологические и социальные интересы.

В частности, при нынешних условиях экономические и экологические оптимумы технологических процессов находятся далеко друг от друга и, несомненно, требуют сближения. Известно, что создание мощностей по сжиганию требует высоких капитальных вложений, поэтому некоторые слои общества могут быть заинтересованы в их строительстве. При этом многие зависимости (экологические, социальные) недооцениваются. Отвергаются пути использования, которые могли бы составить конкуренцию сжиганию.

Значение инновационных технологий для обеспечения устойчивого развития

Технология как продукт культурной эволюции человечества при переходе к ПрЭ приобретает большое, если не решающее, значение. Технология играет ключевую роль для преобразования социально-экономических процессов в рамках ПрЭ. Технические инновации явились ядром индустриализации и следующего за ней экономического развития. При этом роль их двояка.

Каждая новая технология только тогда становится успешной, когда присоединяемая к ней человеческая составляющая положительно корреспондирует с техникой, т. е. они способны к соединению. В этом случае новая технология может широко распространиться. Такой процесс называется диффузией технологии.

Технология, напротив, может стать и препятствием для перехода к ПрЭ, так как при высоких инвестициях возникают теневые зависимости.

Исторически культурную и технологическую эволюцию можно разделить на 3 крупных фазы: общество охотников и собирателей, аграрное общество и индустриальное общество. В ходе культурно-технологической эволюции из-за использования новых технологий непрерывно увеличивалось антропогенно вызванное потребление энергии и сырья. Идеализированное мнение многих экологов состоит в том, что устойчивой опцией будущего является отказ от технологии (в общем смысле), так как технология представляет собой главное звено, обусловливающее экологический кризис.

На наш взгляд, динамика технологического развития является решающим элементом при переходе к ПрЭ. Антропогенное преобразование природных систем уже настолько продвинулось, что технологии и их действие на окружающую среду стали неотъемлемой частью планеты Земля. Жизнь как феномен возникла и поддерживается путем интеграции материи и энергии.

Антропогенно-культурное развитие неотъемлемо связано с экологическим развитием. Первое возможно только путем преобразования материи на основе использования энергии. И окончательное решение этой задачи взяла на себя технология, которая должна приспосабливаться к вновь возникающим требованиям устойчивого развития.

Вид и форма использование старой и, прежде всего, новой техники зависит от креативности участвующих лиц и общих экономических условий. В конечном счете, внедрение технических изобретений определяется экономическим эффектом, который они обеспечивают инвесторам. Инвесторы опять-таки зависят от системы стимулирования. Новая культурная организация материи всегда будет связана с технологией, так как только технология запускает феноменальные материальные и энергетические потоки. Таким образом, технологии соответствуют две стратегических опции: возрастающее использование существующей и испытанной устойчивой техники; инновации и разработка новой устойчивой техники.

Источник: reaestate.ru

Современное представление о замкнутых энергоресурсных циклах при создании безотходных производств

Безотходная технология — это такой способ производства продукции (процесс, цех, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы — производство — потребление — вторичные сырьевые ресурсы» таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования [23].

В определении, прежде всего, подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем также и сферу потребления, а это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса (ТПК).

Следовательно, безотходное производство (БОП) должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Так, в природных системах продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими организмами и в целом осуществляют саморегулирующийся биогеохимический круговорот веществ. Основу же БОП составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

Вторым основным положением БОП является обязательное включение в производство и потребление всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также проводится прямая аналогия с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми, не являются изолированными, т. к. через них проходит поток энергии, которую экосистемы получают от Солнца, поглощают, трансформируют и излучают в космическое пространство. Таким образом, и БОП является практически замкнутым, но неизолированным.

И, наконец, третьей составной частью концепции БОП является сохранение (с учетом возможного теплового загрязнения) сложившегося экологического равновесия, т. е. ущерб окружающей среде, наносимый производством, не должен быть выше допустимого уровня. Под ущербом понимают фактические и возможные потери в результате отрицательных изменений окружающей среды, которые обусловлены антропическими факторами. На рис. 2.3 показана функциональная схема типового производства.

Рис. 2.3. Схема стадий технологического процесса [23]:

1 — стадия подготовки сырья; 2 — стадия химического превращения; 3 — стадия выделения непревращенного исходного вещества; 4 — стадия выделения и очистки целевого продукта; 5 — стадия придания товарной формы целевому продукту; 6 — стадия регенерации и очистки непрореагировавшего сырья; 7 — стадия регенерации и очистки вспомогательных веществ и материалов; 8 — стадия обезвреживания отходов производства

Одним из общих принципов, лежащих в основе создания безотходных производств, является цикличность материального потока, т. е. возврата части его обратно в процесс. Это способствует интенсификации технологических процессов, т. к. наиболее полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются условия ведении процессов.

Комплексное использование природных ресурсов — это удовлетворение потребностей общества в определенных видах природных ресурсов, основанное на экономически и экологически оправданном использовании всех их полезных свойств, а также на максимально полной переработке и всестороннем вовлечении природных ресурсов в хозяйственный оборот с ростом перспектив развития различных отраслей промышленности, природоохранных норм и требований, интересов настоящего и будущих поколений людей.

Этот принцип составляет основу рачительного и экономного использования природных богатств, максимального ограничения возможных негативных последствий антропического воздействия на окружающую среду. Таким образом, в настоящее время проблема комплексного использования сырья и оптимизация ресурсного цикла имеет большое значение как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения экономики. Например, в химической промышленности до 60-70 % себестоимости продукции приходится на долю сырья, поэтому рациональное его использование является весьма актуальной задачей.

Этот принцип требует учета всех компонентов сырья, т. к. практически все сырьевые источники являются многокомпонентными и в среднем более трети по стоимости приходится на сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке. Так, уже сейчас практически все серебро, висмут, платину, а также более 20 % золота и около 30 % серы получают попутно при комплексной переработке руд. Требование комплексного использования сырья в настоящее время занесено в ранг государственной политики.

Комплексный подход обеспечивает эффективность малоотходных и безотходных производств, что в значительной мере ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно назвать комплексную переработку апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

В настоящее время значительное количество горных пород, минералов, многокомпонентных смесей органических и неорганических веществ подвергают комплексной переработке. При этом из одной горной породы можно получать различные металлы, кислоты, соли, строительные материалы. Тем самым снижается объем отходов соответствующего производства, загрязняющих окружающую среду (уменьшается объем отвалов, количество шламов и пр.).

Сущность комплексного использования заключается в последовательной переработке сырья сложного состава в различные ценные продукты. В случае комплексного использования сырья основным технологическим операциям сопутствуют [23]:

• * извлечение полезных, но не нужных основному производству веществ;
• * переработка этих веществ в целевые продукты или полуфабрикаты, поставляемые собственному основному производству или другим предприятиям.

Пути решения максимально полного использования природного сырья, энергии с минимальным воздействием на окружающую среду следующие:

• * создание бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых в настоящее время, и перспективных способов очистки водных систем от растворенных и взвешенных загрязняющих примесей;
• * разработка и внедрение систем утилизации отходов основного производства;
• * создание новых технологических процессов получения традиционных видов продукции с сокращением стадий, на которых образуется основное количество отходов;
• * создание территориально-производственных комплексов с замкнутой внутри них структурой материальных потоков сырья, продукции и отходов.

Выбор путей совершенствования защиты окружающей среды: в каждой производственной системе зависит от экономической обоснованности технических решений, а также от природных особенностей конкретного региона.

Задача науки и технологии сводится к полному использованию сырьевых ресурсов, максимальному превращению сырья в используемые, полезные продукты.

Ниже рассмотрим примеры полного использования сырья в модифицированном ресурсном цикле.

Первым примером комплексного использования сырья может служить схема переработки апатито-нефелиновой руды, залежи которой имеются на Кольском полуострове (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема комплексного использования ресурсного цикла апатито-нефелиновой породы [23]: 1 — процессы, осуществляемые в промышленности; 2 — потенциальные промышленные процессы

Минеральную породу измельчают и разделяют методом флотации: на апатит и нефелин.

Нефелиновая фракция содержит нефелин, небольшие количества апатита и титано-магнетита и небольшое количество минералов, включая редкие металлы. Из нефелина получают поташ, соду, алюминий, галлий, цемент. Из апатита получают фосфорные удобрения, фториды, гипс, но, как правило, не извлекают ценные редкоземельные элементы.

Другим примером комплексного использования органического сырья является термическая переработка топлива — угля, нефти, сланцев. Так, при коксовании угля, кроме металлургического кокса, получают коксовый газ и смолу, сырой бензол и аммиачную воду.

Современные схемы переработки каменноугольной смолы предусматривают первичную дистилляцию смолы на фракции: легкое масло, фенольную, нафталиновую, тяжелое масло, антраценовое масло, пек.

Антраценовое масло перерабатывают, и в небольших количествах из него извлекают антрацен, фенантрен, карбазол, акридин. Основная масса антраценового масла после добычи из него сырого антрацена используется для консервировании древесины , производства сажи и т.д.

Другим примером может служить пиролиз нефти (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема переработки нефти [23]

При пиролизе нефти получаются ксилол, бензол, при перегонке получают циклогексан, изопентан. Крекинг нефти позволяет получать олефины и (этилен, пропилен, бутилэтилен и др.).

Перечисленные вещества являются основой для производства мономеров для дальнейших процессов полимеризации (олефины), выработка которых в мире постоянно растет.

Этилен — наиболее крупнотоннажный продукт нефтехимической промышленности. На базе этилена производится по крайней мере десяток крупнотоннажных нефтехимических продуктов, которые, в свою очередь, являются источником получении сотен и тысяч конечных химических и нефтехимических продуктов.

Концепция полного использовании сырья реализуется в стремлении углубить переработку нефти и получить из нее максимум целевых продуктов.

Следующим важным направлением оптимизации ресурсного цикла является переработка отходов производства во вторичные материальные или энергетические ресурсы. Рассмотрим это направление на примере ресурсного цикла формирования потока отходов в лесопромышленном комплексе (рис. 2.6).

Рис 2.6 Структурная модель формирования потока отходов в лесопромышленном комплексе

Ведущие направления повышения эффективности использования низкокачественной, тонкомерной, лиственной древесины и отходов включают технологические, организационные, экологические, экономические, социальные и ресурсные составляющие. Последние определяют структуру и оценку запасов вторичных древесных ресурсов, их экономическую доступность, а также изменение качества древесных ресурсов в местах локализации. Все направления (подсистемы) связаны между собой. Прослеживаются связи и внутри самих подсистем (рис. 2.7).

Рис. 2.7 Ведущие направления повышения эффективности использования вторичных древесных ресурсов

Однако, наряду с несомненными достоинствами, эффективное использование низкотоварной, лиственной древесины и отходов связано с рядом проблем, решение которых в данный временной период затруднено объективными и субъективными условиями. Например, обострение проблемы замены устаревшего оборудования связано с необходимостью крупных инвестиций, а это обусловит сокращение рабочих мест в лесных поселках при внедрении высокопроизводительной процессорной техники. Использование низкокачественной древесины и отходов вскроет проблему экономической доступности такого вида сырья, дополнительного воздействия на природную среду при организации перерабатывающих производств и т. д. Тем не менее, эффективность использования отходов очевидна и решается при соответствующих объемах ресурсного потенциала.

На основании анализа литературных данных [24-31] усовершенствована модель ресурсного цикла древесных ресурсов леса и лесоматериалов (рис. 2.8). Снижение потерь и более эффективное использование отходов на каждом этапе цикла позволяет ему функционировать в замкнутом режиме по типу «ресурс — отход — ресурс».

Рис. 2.8. Ресурсный цикл древесинных ресурсов леса и лесоматериалов

Примечание. Цифры со скобками — усредненные литературные данные по РФ.

На мелких перерабатывающих предприятиях образуется небольшое количество отходов, которые, как правило, вывозятся на свалки и в отвалы. Это создает серьезные экономические и экологические проблемы, требует значительных затрат на сортировку, перевозку, уничтожение отходов. Возможные направления использования вторичных древесных ресурсов (рис. 2.9) рассматривались в ряде монографий и множестве статей, были предметом обсуждения на целевых научно-практических конференциях и круглых столах.

Рис. 2.9. Обобщенная модель образования и потенциального использования древесных отходов:

1 — производство технологической щепы; 2 — производство топливной щепы; 3 — использование в качестве топлива; 4 — газификация древесины с получением генераторного газа и жидких топлив; 5 — производство древесного угля; 6 — производство активированного угля; 7 — производство биологически активных веществ (витаминной муки, эфирных масел); 8 — производство кормов; 9 — производство компостов, органических удобрений и искусственных земель; 10 — производство пустотелого бруса; 11 — производство клееных материалов; 12 — производство столярных плит (щитов); 13 — производство торцевого паркета; 14 — гидролизная промышленность; 15 — лесохимическая промышленность; 16 — производство товаров народного потребления; 17 — производство плитных и древесных композиционных материалов; 18 — производство строительных материалов; 19 — сельскохозяйственное использование (кроме кормовых целей); 20 — другие направления переработки

Ряд направлений использования древесных отходов были реализованы в условиях лесопромышленных комплексов и крупных производств, другие прошли испытания в полупромышленных условиях или представляют собой результаты лабораторных исследований. Следует отметить, что потенциальные перспективы и реальные возможности использования вторичных древесных ресурсов далеко не тождественные категории. Их эффективный симбиоз существенным образом определяется как специализацией предприятий, так и их масштабностью.

Использование отходов для топливно-энергетических целей, без ограничения при этом производства тепла (рис. 2.10). Это наиболее перспективное и широко обсуждаемое направление переработки вторичных древесных ресурсов.

Рис. 2.10 Возможности получения тепловой энергии

В соответствии с прогнозами, к 2060 г. доля традиционных видов топлива (нефти, газа и угля) будет составлять третью часть от общего объема энергоресурсов, который, по крайней мере, увеличится в три раза по сравнению с нынешним уровнем. По мнению фирмы JOHN Deere, вся остающаяся на лесосеке древесина должна быть превращена в щепу и использована для получения энергии [26]. Интерес к использованию вторичных древесных ресурсов в качестве топлива обусловлен экономической нецелесообразностью в ряде случаев переработки тех или иных видов отходов, ростом цен на нефть и газ, а также повышением экологических требований к производству тепла и энергии. Основные экологические и экономические преимущества использования древесных отходов в качестве топлива достаточно убедительны [27]:

• — практически исключается загрязнение атмосферы сернистым ангидридом;
• — сжигание в домовых печах дров вместо угля обеспечивает уменьшение выбросов оксидов азота в 2-6 раз и сажи — в 2-6 раз;
• — в 10-80 раз уменьшаются выбросы полициклических ароматических соединений (ПАУ) и в 10-40 раз — выбросы бензапирена;
• — обеспечивается поддержание углеродного баланса.

В отдаленных лесных поселках использование дров и древесных отходов для энергетических целей экономически целесообразно. Шведскими учеными разработан, проверен и предложен полный комплекс оборудования для сбора, рубки, транспортировки и хранения топлива. Показано, что его себестоимость в радиусе 200 км не превышает 4,18 долларов США за 1 м 3 [28].

Таким образом, анализ возможных и перспективных направлений переработки показал, что эффективность использования вторичных древесных ресурсов может быть обеспечена только при условии комплексного подхода к решению проблемы, с учетом ресурсных, социальных, экономических и экологических условий.

Источник: studwood.net