Основы безотходной технологии.

Одним из главных источников загрязнения среды является промышленное производство, в которое вовлекаются значительные объемы природных ресурсов.

Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий: именно совершенствование технологических процессов промышленного производства – реальный путь к построению гармоничных отношений общества, производства и природы.

В отличие о природы, которая существовала и до появления человека, окружающая среда - продукт взаимодействия человека и природы. При этом взаимосвязь между производством и окружающей средой – это не просто взаимный обмен энергией, веществом и информацией, а направленный технологический процесс присвоения человеческим обществом природных ресурсов.

Поэтому именно с помощью технологических средств производство и окружающая среда должны находиться в динамическом равновесии. Нарушение этого равновесия, с одной стороны, может привести к сворачиванию производительной деятельности и ухудшению потребления, с другой стороны – к ухудшению состояния окружающей среды. К сожалению, как показывает практика, указанное равновесие, или соответствие, между производством и окружающей средой не всегда выдерживается и нарушается в сторону возрастания экологических проблем.

Изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно разделить на преднамеренные, заранее прогнозируемые и осуществляемые с определенной целью (создание плотин, орошение, рубка леса) и попутные, неизбежно связанные с преднамеренными (затопление земель, засоление почвы).

Анализ общественного производства показывает, что появление отходов не является неизбежностью. Отходы являются критерием несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой.

Промышленными отходами называют побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения.

Примышленные отходы образуются в основном за счет:

· наличия примесей в исходном сырье, т. е. компонентов сырья, которые не используются в данном технологическом процессе для получения готового продукта;

· применения в процессах вспомогательных веществ, которые отрабатываются и становятся непригодными для дальнейшего использования (катализаторы, растворители, сорбенты, фильтрующие материалы);

· протекания побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ;

· несовершенства технологии обработки предмета труда;

неполного извлечения ценного компонента из исходного сырья в

ходе технологического процесса;

· механических потерь продуктов из-за негерметичности оборудования и коммуникаций.

Современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему, в которую поступает непрерывный поток природных ресурсов (руда, нефть, вода, воздух, и т.д.), а исходит двухструйный поток: готовая продукция и отходы (пыль, аэрозоли, пары, стоки, шлаки и т. д.). Часть готовой продукции может снова поступать в производство в качестве сырья, с образованием новой порции отходов. В конечном счете, готовая продукция используется в быту, где рано или поздно целиком превращается в жидкие, газообразные или твердые отходы.

Такой сугубо открытый характер приводит, одной стороны, к недостаточно полному использованию природных продуктов и их нерациональному использованию, обостряя проблему «где взять?», а с другой стороны – к прогрессирующему загрязнению окружающей среды, особенно водного и воздушного пространства, с еще большей остротой ставя проблему «куда деть?».

Все отходы (назовем их первичными) содержат, как правило, ценные компоненты, которые целесообразно после дополнительной технологической обработки возвращать в полезный оборот.

Следует, однако, иметь в виду, что это связано с расходом дополнительной энергии и средств. Поэтому целесообразность обработки первичных отходов с целью извлечения нужных компонентов необходимо экономически и экологически обосновать.

В зависимости от места переработки первичные отходы можно разделить на две группы:

· отходы, которые целесообразно перерабатывать непосредственно там, где они получаются, особенно когда их нецелесообразно или невозможно транспортировать /например, газовые выбросы/;

· отходы, которые целесообразно отправлять на специальные заводы в качестве сырья.

Если рассматривать возможные пути уменьшения отходов на каждой из стадий технологических процессов общественного производства, то видно, что они одновременно приводят к интенсификации этого процесса и увеличению его эффективности.

По своему назначению и типу исполнения можно выделить следующие варианты устранения загрязнения окружающей среды.

1. Изоляция отходов - загрязнений.

Смысл этого приема заключается в захоронении определенных загрязнений в отдаленных от повседневных сфер человеческой деятельности местах: в заброшенных шахтах, скважинах, на дне Мирового океана и т.д. Но спрятать в природе ничего невозможно. Так или иначе, захороненные отходы вовлекаются в природный круговорот веществ и трудно предсказать, к каким печальным последствиям это может привести в будущем. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту и доступность этого метода, использование его необходимо резко ограничить, а в перспективе – прекратить.

2. Переработка вредных загрязнений в менее токсичные или нетоксичные, перерабатываемые самой природой.

Такой путь позволяет уничтожить вредные выбросы, загрязняющие окружающую среду, однако его реализация требует больших капитальных затрат и сопровождается потерями природных ресурсов, не только сырьевых, но и энергетических. При этом никакого изменения затрат этот путь не предусматривает.

3. Превращение загрязнений во вторичное сырье или дополнительные продукты потребления.

При таком подходе определенная часть затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений возмещается ценностной стоимостью получаемых продуктов потребления или вторичного сырья и в то же время достигается определенная экономия природных ресурсов.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных пути решения экологических проблем:

Первый путь, боле радикальный, но, к сожалению, не всегда технически реализуемый. Он заключается в разработке таких технологических процессов производства, которые в максимальной степени уменьшали бы выброс отходов в окружающую среду, т.е. приближались к природным процессам или имитировали их. Речь идет о создании безотходных (или хотя бы малоотходных) технологий, которые бы максимально экономили исходное сырье, топливно-энергетические ресурсы и обеспечивали охрану окружающей среды.

Второй путь, путь борьбы скорее не с причинами, а со следствиями выброса вредных веществ в природу, не является кардинальным, но в современных условиях развития техники, технологии, общественного производства в целом, пока является наиболее реализуемым. Этот путь – очистка вредных выбросов промышленных предприятий, направляемых в окружающую среду. Он получил в настоящее время наибольшее применение, хотя дальнейшее продвижение по нему в будущем видится неперспективным, поскольку даже самая эффективная очистка выбросов не предотвращает их возникновение. Объясняется это также и тем, что с помощью очистных сооружений не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, а в процессе очистки происходит превращение одних видов загрязнений в другие. Кроме того, строительство надежных очистных сооружений обходится довольно дорого.

Термин «безотходная технология » широко используется в настоящее время

как в специальной, так и в научно- популярной литературе.

В соответствии с определением, принятым Европейской экономической Комиссией ООН, безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защиту окружающей среды.

Существует и другое общепринятое определение.

Безотходная технология – это такой способ осуществления производства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство-потребление – вторичные ресурсы таким образом, чтобы любые воздействия на окружающую среду не нарушали нормального функционирования.

Следовательно, под термином «безотходная технология» понимается такой способ организации производства и потребления продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используется все компоненты сырья и энергии и не нарушается экологическое равновесие, а концепция безотходной технологии по аналогии с природными экосистемами предполагает создание энергии в производственном цикле.

Создание безотходных технологических процессов базируется на следующих предпосылках:

· Исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов;

· Создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая бы позволяла после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходное сырье нового производства.

Совершенно очевидно, что такая схема практически неосуществима. Полная замкнутость системы как по веществу, так и по энергии невозможна, так как каждый новый этап цикла сырье – производство- потребление- сырье требует дополнительных затрат энергии из-за потерь в окружающую среду и вовлечения новых природных ресурсов из-за несовершенства современных технологий и неизбежного износа используемых материалов.

Таким образом, термин «безотходная технология» носит идеализированный характер, поэтому в реальных ситуациях необходимо стремиться к этому состоянию, и при этом степень безотходности будет служить мерой совершенства технологии и организации производства и потребления.

Безотходная технология предусматривает создание:

- безотходных, замкнутых в процессе производства технологических циклов многократного использования одного и того же вещества;

- технологических процессов, экологически связанных с окружающей средой и природой в целом.

В соответствии с возможными направлениями решения вопроса взаимодействия производства с окружающей средой могут быть выделены три типа производств:

· Замкнутое безотходное производство, когда в реализуемой в нем технологии одновременно с получением конечных продуктов осуществляется практически полная переработка промежуточных отходов;

· Производство, возвращающее природе побочные продукты или отходы в природном состоянии;

· Производство, возвращающее природе отходы для переработки (при условии гарантированного полного обеспечения этой переработки).

Первым условием создания безотходного производства является выбор такой технологии, в которой отсутствует или сведены к минимуму стоки и выбросы.

Принципиальное отсутствие отходов и выбросов - критерий совершенства любого технологического процесса.

Вторым условием создания безотходной технологии является анализ ее взаимосвязи с предшествующим и последующим технологическими процессами: удачное для данной технологии экологическое решение может быть неприемлемым для ее окружения и, более того, сделать производство в целом экологически более опасным. Иными словами, нельзя решать свои проблемы в ущерб другим и за счет других.

Третье условие заключается в том, что оптимальный технологический процесс должен быть не только экологически безопасным, но и отличаться высокой производительностью, минимальными затратами живого и прошлого труда на единицу продукции.

Четвертое условие – критическое отношение к решениям, кажущимся простыми и легкими. На первый взгляд традиционная очистка сточных вод и отходящих газов – простейшее решение, оно кажется самым доступным и решающим все проблемы. На самом же деле использование очистки мешает решению главной задачи – разработке или усовершенствованию технологического процесса, когда не будет выбросов или они будут утилизированы. Иными словами, надо устранять причину появления отходов, а не бороться со следствиями.

Пятым условием создания безотходной технологии является использование технических решений, обеспечивающих надежную, стабильную и безаварийную работу технологической системы, исключающую выброс вредных компонентов в окружающую среду даже при незапланированной остановке технологического оборудования.

Разнообразие средств и методов очистки позволяет выбрать наиболее целесообразный способ и схему очистки для конкретного производственного случая.

Важнейшим критерием выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности или малоотходности являются:

· безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздушном и водном бассейнах;

· эффективное осуществление технологического процесса;

· использование возможного более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов и жидкостей;

· обеспечение возможности получения небольшого количества концентрированных отходов, которые легче обезвредить, чем большой;

· незначительный объем разбавленных вредностей, сбрасываемых в воду и рассеиваемых в атмосфере, даже при концентрациях, меньших предельно допустимых.

Основой для организации и развития безопасных промышленных производств являются следующие направления:

· комплексная переработка сырья;

· разработка новых технологий, позволяющих существенно уменьшить или полностью исключить вредное воздействие промышленных отходов на окружающую среду;

· разработка эффективных методов очистки газообразных, жидких и твердых промышленных выбросов;

· внедрение замкнутых технологических циклов, водооборотных циклов и бессточной технологи;

· кооперирование различных производств с целью использования одних отходов в качестве сырья для других;

· создание безотходных территориально - промышленных комплексов.

Комплексная переработка сырья является важнейшей не только экологической, но и экономической задачей, основой создания безотходных промышленных производств, поскольку отходы производства – это неиспользованная или недоиспользованная часть сырья.

В настоящее время, к сожалению, весьма низок уровень вторичного использования металлов, бумаги, пластмасс, текстиля, не говоря уже о том, что из первичного сырья не полностью извлекаются ценные компоненты и ,по сути дела, идут в отвал, еще более загрязняя окружающую среду.

Разработка экологически безвредных технологических процессов – одна из глобальных задач научно- технологического развития производства, от успешного решения которой зависит будущее всего человечества.

Важнейшие направления реализации безотходной технологии - разработка эффективных методов очистки и замкнутых оборотных циклов.

Очистить сточные воды так, чтобы они отвечали требованиям производства, немного легче и проще, чем очистить их до такой степени, чтобы они отвечали требованиям окружающей среды.

Большое значение имеет разработка новых технологий очистки сточных вод и газовых выбросов.

Наряду с широко используемой и эффективной биологической очисткой сточных вод с применением микроорганизмов и по сути воспроизводящей процессы самоочистки в природных водоемах начинают находить применение адсорбционная и электрохимическая очистка. Перспективными способами очистки сточных вод являются озонирование, электрокоагуляция, электродиализ, гиперфильтрация, радиационная очистка, мембранные методы очистки.

Не менее важным для осуществления безотходных технологий является создание высокоэффективных методов и устройств для очистки отходящих промышленных газов.

Следует отличать очистку газов от аэрозолей (взвешенных жидких частиц), пыли, газо- и парообразных примесей.

Для очистки газов от пыли и аэрозолей достаточно эффективно используются фильтры, электрофильтры, мокрые пылеуловители (скрубберы).

Для очистки выбросов от паро- и газообразных примесей обычно применяют следующие технологии: абсорбцию жидкими поглотителями, адсорбцию твердыми веществами, химическое разложение или превращение в другое, менее вредное для окружающей среды соединение. Кооперирование различных производств с целью сокращения выброса вредных веществ в окружающую среду целесообразно не только с экологической, но и с экономической точки зрения.

Пока еще не до конца использованы возможности применения отходов в виде сырья и полупродуктов для производства высококачественных и экономически выгодных изделий и конструкций из металлических шлаков, огарков, пыли, золы.

Таким образом, общая концепция безотходной технологии включает в себя все вышеперечисленные направления, реализация которых в производстве зависит не только от технологических особенностей и от уровня организации самого производства, но и направлена на решение важнейших задач снижения поступления вредных веществ в окружающую среду.

ВЫВОДЫ

1. Внедрение в производство принципиально новых технологических процессов позволяет многократно повышать производительность труда, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и материалоемкость производства.

2. Современные прогрессивные технологии рождаются на основе использования новейших достижений фундаментальных и прикладных наук.

3. Характерными признаками и предпосылками технологического прогресса являются: качественное изменение энергетической основы производства; появление новых предметов труда; появление принципиально новых технологий, базирующихся, как правило, на научной основе; существенные изменения в организации производства.

4. Технологический прогресс создаёт предпосылки для научно-технологического развития современного производства.

5. Характерной чертой современного этапа развития общественного производства является всё более активная роль технологии в структуре и взаимодействии основных элементов производства. Научные открытия проникают в производство всё больше и всё чаще именно через технологию, при этом технологические решения становятся ведущими, исходными при проектировании производства.

6. Объективной базой прогнозирования развития производства является овладение закономерностями развития технологий, чередования научно-технологических циклов, содержания и сроков переходов к новым технологиям и новым поколениям технологического оборудования.

7. Современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему.

8. Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий: именно совершенствование технологических процессов промышленного производства – реальный путь к построению гармоничных отношений общества, производства и природы.

9. Анализ общественного производства показывает, что появление отходов не является неизбежностью. Отходы являются критерием несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой.

10. Термин «безотходная технология» носит идеализированный характер, поэтому в реальных ситуациях необходимо стремиться к этому состоянию, и при этом степень безотходности будет служить мерой совершенства технологии и организации производства и потребления.

11. Комплексная переработка сырья является важнейшей не только экологической, но и экономической задачей, основой создания безотходных промышленных производств, поскольку отходы производства – это неиспользованная или недоиспользованная часть сырья.

МОДУЛЬ 3 (контролирующий)

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

1. Выделите характерные признаки и предпосылки технологического прогресса.

2. Какое название получил нынешний этап научно-технического прогресса? Почему?

3. Выделите характерные черты нынешнего этапа научно-технического прогресса.

4. Какие факты заставляют говорить о наступлении качественно нового этапа в технологическом развитии общества?

5. Какие особенности характерны для нынешнего этапа научно-технического прогресса?

6. Какие факты свидетельствуют о возрастании роли технологии в производственной деятельности и жизни общества?

7. Выделите и охарактеризуйте важнейшие комплексные проблемы, включая глобальные, вокруг которых группируются фундаментальные исследования в настоящее время.

8. Связаны ли между собой успехи в развитии фундаментальных наук и развитие производства? Каким образом?

9. Какие основные направления прикладных исследований, обеспечивающих технологическое развитие производства, Вы могли бы выделить?

10. Что является объективной базой прогнозирования развития производства и общества? Что понимают под краткосрочным и долгосрочным аспектом в прогнозировании общественного производства?

11. К чему может привести нарушение равновесия между общественным производством и окружающей средой? Ответ обоснуйте.

12. Какие изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно выделить? Приведите примеры.

13. Является ли неизбежным появление отходов в ходе производственной деятельности? Ответ аргументируйте.

14. Что такое промышленные отходы? Приведите примеры промышленных отходов.

15. За счёт каких причин образуются промышленные отходы?

16. Почему современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему? Какие проблемы это вызывает?

17. Что такое первичные отходы? Какие группы первичных отходов выделяют в зависимости от места переработки?

18. Какие варианты устранения загрязнения окружающей среды можно выделить? Охарактеризуйте кратко их.

19. Какие два принципиально разных пути решения экологических проблем можно выделить? Кратко охарактеризуйте их.

20. Дайте определение понятию безотходная технология. Возможна ли реализация на практике безотходной технологии? Почему?

21. На каких предпосылках базируется создание безотходных производств?

22. Какие три типа безотходных производств Вам известны? Охарактеризуйте их.

23. Какие условия создания безотходных производств можно выделить?

24. Охарактеризуйте важнейшие критерии выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности.

25. Какие направления являются основой для организации и развития безопасных промышленных производств?

26. Что означает термин «комплексная переработка сырья»?

27. Какие методы очистки сточных вод Вам известны? Охарактеризуйте важнейшие их них.

28.Какими методами и в каких устройствах в настоящее время осуществляют очистку отходящих промышленных газов?

29.Какие основные направления включает в себя концепция безотходной технологии? Охарактеризуйте важнейшие из них.

ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ

Технологический прогресс - совершенствование общественного производства на качественно новой технологической основе, которая вызывает к жизни появление и развитие новых отраслей; осуществление прямой и тесной связи науки с производством; характеризуется качественным изменением энергетической основы производства, появлением новых предметов труда появлением принципиально новых технологий, базирующихся, как правило, на научной основе, существенными изменениями в организации производства.

Информационно-технологическая революция – нынешний этап научно-технического прогресса, который характеризуется высокими темпами развития новейших наукоёмких отраслей (информационной технологии, биотехнологии, электронной технологии, робототехнологии); развернувшейся в широких масштабах модернизацией базисных отраслей экономики (металлургии, машиностроения, химической промышленности) на основе достижений наукоёмких отраслей; разработкой новых конструкционных материалов, энерго- и материалосберегающих технологий.

Научно-технический прогресс – единое взаимообусловленное, поступательное развитие науки и техники, основа социального прогресса.

Научно-техническая революция – коренное, качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития общественного производства.

Промышленные отходы - побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения.

Безотходная технология -такой способ организации производства и потребления продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используется все компоненты сырья и энергии и не нарушается экологическое равновесие, а концепция безотходной технологии по аналогии с природными экосистемами предполагает создание энергии в производственном цикле.

Адсорбционная очистка – технологический метод очистки сточных вод, основанный на поглощении вредных компонентов, содержащихся в воде с помощью твёрдых поглотителей.

Электрохимическая очистка – технологический метод очистки сточных вод, основанный на явлении электролиза, когда содержащиеся в воде растворённые вещества удаляются с помощью воздействия электрического тока.

Озонирование – технологический метод очистки сточных вод, основанный на насыщении очищаемой воды озоном с целью окисления и последующего удаления содержащихся в ней вредностей.

Электрокоагуляция –технологическийметод очистки сточных вод, основанный на ускорении слипания и осаждения твердых коллоидных частиц, содержащихся в воде, под действием электрического тока.

Гиперфильтрация –технологический метод сверхтонкой очистки сточных вод от мельчайших твердых взвешенных частиц, основанный на использовании специальных пористых перегородок, отличающихся высокой задерживающей способностью.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анчишкин А.И. Наука-техника-экономика. - М.: Экономика, 1989. - 383 с.

2. Князев В.Н. Человек и технология. - Киев: Лыбидь, 1990, - 175 с.

3. Научно-технический прогресс и будущее человечества: Обзор журнала “Futurist”. - М., 1988. - 29 с.

4. Самойлов М.В., Мочальник И.А. Прогрессивные технологии промышленного производства: Учебное пособие. – Мн.: БГИНХ, 1991 – 81 с.

5. Максименков А.В. Научно-технический прогресс и развитие экономики. - М.: Знание, 1989. - 64 с.

6. Нехорошева Л.Н. Научно-технологическое развитие и рынок. – Мн.: БГЭУ, 1996. – 212с.

7. Самойлов М.В., Паневчик В.В., Кохно Н.П. Технологические методы решения экологических проблем. Учеб. Пособие. – Мн.: БГЭУ, 1996. – 78с., ил.

8. Шелыгин А.Л. Научные основы малоотходных и безотходных технологических процессов: Учеб. Пособие. Рига, 1982, 80 с., ил.

9. Иванов А.М. Экологические аспекты химических процессов и основы промышленной экологии. Курск, 1988. – 104 с.

МОДУЛЬ 1 (обучающий)

2. Прогрессивные технологии автоматизации и информатизации производства.