Тема 12. Промышленные экосистемы. Промышленный симбиоз. Проектирование и разработка симбиотических промышленных экосистем

Принципы создания природоохранных производств. Малоотходные технологии и наилучшие доступные технологии.

Создание ресурсосберегающих технологических систем заключается в определении основных технологических операций и установлении последовательности их проведения, выборе элементов схемы и расчете параметров технологического режима отдельных элементов и всей системы в целом.

При проектировании производства первоначально необходимо определить место строительства. Поэтому при разработке технологической схемы первоначально выделяют условия, которые должны быть выполнены при проектировании и эксплуатации нового производства или реконструкции действующих предприятий. К ним относятся:

• вид, качество и количество потребительского продукта, который необходимо произвести;

• вид и состав исходного сырья;

• ресурсы предприятия, на котором предполагается размещение проектируемой технологической схемы.

В основу разработки ресурсосберегающей технологической системы должны быть положены следующие концепции:

• максимально полное использование сырья;

• минимизация отходов или их применение в качестве вторичного сырья;

• совершенствование систем очистки техногенных выбросов и уменьшение антропогенной нагрузки на промышленные регионы.

В области создания новых технологических процессов важными являются следующие направления:

• разработка принципиально новых технологий, исключающих или значительно снижающих образование токсичных веществ;

• создание энерготехнологических процессов, максимально использующих энергоресурсы при проведении промышленного процесса;

• разработка и внедрение комбинированных технологических процессов, направленных как на получение основных продуктов потребления, так и на использование отходов в качестве вторичного сырья.

Экологическая выгода применения природоохранного процесса вытекает из сравнения характеристик обычного и безотходного производств.

При организации безотходного производства используют те же исходные продукты. Однако дополнительно предусматривается проведение организационных и технологических мероприятий по переработке отходов для получения товарной продукции, комплексной очистке сточных вод и их многократного использования в производстве.

Под малоотходной технологией понимается такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

В настоящее время после Семинара по стимулированию чистого производства (ЮНЕП/ИЕО), Кантенбери, Великобритания, 17 – 20сентября 1990 г.), в основном применяется термин «чистое производство»: чистое производство – это такое производство, которое хара­ктеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.

С точки зрения продукции чистое производство означает уменьшение ее воздействия на окружающую среду в течение всего жизненного цикла от производства до утилизации (или обезвреживания) после использования. Чистое производство достигается путем улучшения технологии, применением ноу-хау и (или) за счет изменения управления производством и его организации. Применительно к отдельным процессам – это рациональное использование сырья и энергии, исключение употребления токсичных сырьевых материалов, уменьшение количества и степени токсичности всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства.

В соответствии с определением Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»:

Наилучшие доступные технологии (НДТ) – технологии, основанные на последних достижениях науки и техники, направленная на снижение негативного воздействия на окружающую среду и имеющая установленный срок практического применения с учетом экономических и социальных факторов.

В соответствии с принципом НДТ, нормирование негативного воздействия на окружающую среду должно основываться на базе технологий, отвечающих последним экономически доступным достижениям науки при минимальном уровне воздействия на экосистемы. В настоящее время в Российской Федерации только осуществляется разработка нормативно-правовой базы для перехода на нормирование негативного воздействия на окружающую среду с использованием НДТ. При определении того, представляют ли собой процессы, установки или режимы их эксплуатации НДТ в целом или каждом отдельном случае, особо учитываются:

• сравнимые процессы, установки или режимы их эксплуатации, успешно опробованные в последнее время;

• технический прогресс и изменения в научных знаниях и понимании проблем;

• экономическая эффективность технологии;

• сроки внедрения как на новых, так и на существующих предприятиях;

• характер и объем сбросов и стоков;

• малоотходность и безотходность технологии.

НДТ для конкретного процесса будет со временем претерпевать изменения под воздействием технического прогресса, экономических и социальных факторов, а также в свете изменений в научных знаниях и понимании проблем.

Организация малоотходного производства: технологический процесс, аппаратурное оформление, сырье, материалы, энергоресурсы, готовая продукция.

Масштабы производства во всех странах мира возрастают, что приводит к увеличению антропогенных выбросов. Наиболее рационально решить проблему снижения техногенных отходов и их воздействия на окружающую среду можно путем создания и внедрения принципов безотходного, или «чистого», производства.

Техническое решение этих вопросов связано с анализом построения технологических схем конкретных производств и синтезом новых схем в соответствии с современными экологическими требованиями, а также с рациональной организацией материальных и энергетических потоков производства.

Теоретические основы создания безотходных производств были разработаны российскими учеными-академиками Н.Н.Семеновым, И. В. Петряновым-Соколовым, В.Н.Ласкориным.

В настоящее время термин «безотходное производство», пред­ложенный академиками Н. Н. Семеновым и И. В. Петряновым-Соколовым признан во всем мире и получил широкое распространение.

Первоначально была принята следующая формулировка понятия «безотходная технология» (БОТ):

безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защиту окружающей среды.

Новое определение понятия безотходного производства было принято на семинаре Европейской экономической комиссии по малоотходной технологии в Ташкенте (1984). Рекомендации семинара были одобрены на заседании представителей правительств ЕЭК по окружающей среде.

Новая формулировка звучит так:

безотходная технология – это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы – производство –потребление – вторичные ресурсы» таким образам, чтобы любые воздействия на окружающую среду не нарушали ее нормального функционирования.

В литературе применяют обе формулировки.

Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично.

В связи с этим используют понятие «малоотходная технология»:

под малоотходной технологией понимается такой способ произ­водства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Позднее был введен термин «чистая технология», предложенный на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО (1989). В настоящее время после Семинара по стимулированию чистого производства (ЮНЕП/ИЕО), Кантенбери, Великобритания, 17 – 20сентября 1990 г.), в основном применяется термин «чистое производство»:

чистое производство – это такое производство, которое хара­ктеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды.

С точки зрения продукции чистое производство означает уменьшение ее воздействия на окружающую среду в течение всего жизненного цикла от производства до утилизации (или обезвреживания) после использования.

Чистое производство достигается путем улучшения технологии, применением ноу-хау и (или) за счет изменения управления производством и его организации.

Применительно к отдельным процессам – это рациональное использование сырья и энергии, исключение употребления токсичных сырьевых материалов, уменьшение количества и степени токсичности всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства.

В области создания новых технологических процессов важными являются следующие направления:

• разработка принципиально новых технологий, исключающих или значительно снижающих образование токсичных веществ;

• создание энерготехнологических процессов, максимально использующих энергоресурсы при проведении промышленного процесса;

• разработка и внедрение комбинированных технологических процессов, направленных как на получение основных продуктов потребления, так и на использование отходов в качестве вторичного сырья.

Для получения товарного продукта требуются затраты сырья, воды и вспомогательных материалов. При проведении технологического процесса (рис.6) получают твердые, жидкие и газообразные отходы. Их очистка приводит к образованию шламов, газовых выбросов и сточных вод.

При организации безотходного производства (рис. 7) используют те же исходные продукты. Однако дополнительно предусматривается проведение организационных и технологических мероприятий по переработке отходов для получения товарной продукции, комплексной очистке сточных вод и их многократного использования

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Промышленные экосистемы.

2. Промышленный симбиоз.

3. Проектирование и разработка симбиотических промышленных экосистем.

4. Примеры симбиотических промышленных систем.

Тема 13. Производственный процесс: проектирование и эксплуатация. Требования к производственному процессу. Предотвращение загрязнения окружающей среды. Жизненный цикл процесса. Доступность воды. Создание замкнутых водооборотных систем. Основные принципы проектирования и реализации производственного процесса.

В процессе взаимодействия производства и окружающей среды осуществляется обмен веществ между производственной и природными сферами. Он называется антропогенный метаболизм.

Антропогенный метаболизм складывается из двух составляющих: суммы индивидуальных обменов веществ всех людей на Земле (биологическая часть) и суммы техногенных обменов веществ от технологических процессов (технологическая часть). Последняя трактуется как обмен веществ и энергии между техносферой и биосферой.

Технологический обмен - явление на Земле принципиально новое и потому порождает немало проблем и противоречий в системе общество - природа.

Любой технологический процесс начинается вводом исходных веществ (сырья) и завершается в конечном итоге выводом разнообразных готовых изделий и отходов. Иными словами, система антропогенного обмена в целом включает ввод природных ресурсов, их переработку с использованием энергии и вывод в окружающую среду отработанных веществ (производственных и бытовых отходов) и отслуживших свой срок готовых изделий. Процесс этот носит линейный, незамкнутый и, следовательно, конечный характер, поскольку возвращение отходов и отработанных изделий в качестве исходного сырья все еще скорее исключение, чем правило.

Обмен веществ в биосфере основан на других принципах. Суммарный процесс движения веществ в биосфере носит замкнутый, цикличный характер, т. е. теоретически бесконечный при постоянном потоке энергии от Солнца.

Современный объем и скорости антропогенного обмена, особенно в его технологической части, достигли уровня, при котором все отчетливее проявляется напряженность и на вводе (сырьевые ресурсы), и на выводе из системы (отходы).

Масштабу воздействия человека на окружающую среду огромны. Интенсивному воздействию подвергаются все компоненты окружающей среды, из которых наиболее важны для человека атмосферный воздух, пресная вода и почва.

ПП имеют жизненный цикл. Жизненные сади процесса охватывают три периода:

-обеспечение ресурсами и реализация процесса;

-первичные и дополнительные операции процесса;

-ремонт, рециклирование, размещение.

«Безотходная технология – это практическое применение знаний, методик и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защитить окружающую среду». Это определение сформулировано на Общеевропейском совещании по сотрудничеству в области охраны опс в 1979 г. в Женеве.

В настоящее время применяется синоним – это термин «чистое производство» (1990 г., Великобритания, «Семинар по стимулированию чистого производства»).

«Чистое производство характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение опс таким образом, чтобы понизить риск для человечества и опс.

Применительно к процессам – это рациональное использование сырья и энергии, исключение применения токсичных сырьевых материалов, уменьшение количества и токсичности всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства; уменьшение воздействия продукции на опс в течение всего жизненного цикла продукта (от добычи до утилизации). Чистое производство достигается путем совершенствования технологии, применением ноу-хау и путем изменения управления производством и его организации»

Оба термина не являются идеальными и требуют доработки или замены.

Создание малоотходных и безотходных или чистых технологических процессов, производств, территориально-производственных комплексов это сложная многостадийная и многоуровневая задача. Каждый этап выдвигает свои требования.

Контрольные вопросы для самоподготовки студентов:

1. Производственный процесс: проектирование.

2. Производственный процесс: эксплуатация.

3. Требования к производственному процессу.

3. Предотвращение загрязнения окружающей среды.

4. Жизненный цикл процесса.

5. Доступность воды.

6. Создание замкнутых водооборотных систем.

7. Основные принципы проектирования и реализации производственного процесса.

8. Понятие «чистое производство».