Экологизация современного производства

ЭКОЛОГИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Принципы улучшения экологических показателей различных отраслей промышленности

Более прогрессивное направление очистки выбросов и стоков от загрязнителей - улавливание отходов в виде вторичного сырья.

Экологизация промышленного производства

Экологизация промышленного производства - это одновремен­ное снижение ресурсоемкое и отходности производственных про­цессов и увеличение доли выпускаемой продукции. Направления снижения природоемкости:

- применение новых ресурсосберегающих и малоотходных технологий;

- кооперирование разных производств с целью максимального
использования отходов а качестве вторичньгх ресурсов. Создание
замкнутых потоков сырья, продукции и отходов;

- создание новых видов продукции с длительным сроком служ­
бы;

- разработка эффективных систем утилизации отходов.

Для снижения природоем кости производства необходимо объе­динить все эти способы.

Экологизация энергетики

Помимо требований, предъявляемых к промышленному произ­водству, необходимо заменять невозобновимые источники энергии возобновимыми. Что касается ядерной и термоядерной энергетики, то кроме существования потенциальной опасности радиационного за­грязнения, имеет место тепловое загрязнение.

Экологически чистым химическим топливом может стать водо­род, полученный на основе гелиоэнергетического фотолиза воды, т.е. диссоциации - распада вещества под действием поглощенного света.

Не только близость исчерпания топливных ресурсов, но и гло­бальная экология требуют экологизации энергетики.

Экологизация транспорта

Экологизация транспорта предполагает:

- организацию транспортных потоков (маршруты);

- создание новых, более экологичных двигателей, транспортных средств и .энергоисточников;

- замена вредных топливных присадок каталитическими средст­вами сжигания;

- дожигание выхлопов ДВС;

- пассивная и активная защита от шума.

Повышение надежности техники эквивалентно сокращению ее выпуска.

Экологизация сельского хозяйства.

Помимо требований, предъявляемых к промышленности, должны применяться следующие меры;

- замена минеральных удобрений органическими;

- замена пестицидов биологическими средствами борьбы с вре­дителями;

- исключение гормональных стимуляторов и химических добавок при кормлении животных;

научный подход в использовании трансгенных форм сельскохозяйственных растений (воздушная кукуруза) и других про­дуктов генной инженерии (постная свинина).

Малоотходные технологии

Сделать производство полностью безотходным невозможно. Ре­шить такую задачу нереально. Ставить такую задачу равносильно на­мерению изобрести вечный двигатель второго рода - без энтропий­ный. Условно безотходными могут быть только отдельные стадии технологического цикла производства.

В 1984 г. в г. Ташкенте состоялся семинар Европейской экономи­ческой комиссии ООН по малоотходной технологии, где дано было определение безотходной технологии:

«Безотходная технология - это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно исполь­зуются сырье г/ энергия и цикле «сырьевые ресурсы - производство •• потребление - вторичные сырьевые ресурсы». При этом воздействия на ОС не нарушают ее нормального функционирования».

Часто употребляется термин «чистое производство», при котором сводится до минимума риск для людей и ОС. Применительно к про­цессам это рациональное использование сырья и энергии, применение нетоксичных материалов, уменьшение степени токсичности выбросов и отходов производства. Применительно к продукции это безопасный для ОС жизненный цикл продукта от добычи до утилизации.

Эти понятия не подразумевают полной безотходности производ­ства.

Требования, предъявляемые к созданию малоотходных ресурсос­берегающих технологий:

- сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии;

- комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;

- цикличность и замкнутость материальных потоков при ми­нимизации производственных отходов;

- применение непрерывных процессов, сокращение времени технологических циклов, сокращение числа промежуточных операций;

- автоматизация, роботизация производственных процессов,
внедрение наукоемких технологий;

- типизация, унификация, стандартизация изделий;

- максимальная замена первичных ресурсов вторичными;

- внедрение биотехнологий обезвреживания отходов для полу­чения биофильных веществ.

-

Классификация малоотходных технологий

Технологии I рода- это технологии, основанные на сокращении числа технологических переходов, наукоемкие технологии.

В черной металлургии разработана технология восстановления Ре из рудных концентратов водородом. Благодаря новому методу устра­няются стадии доменного передела, производства кокса и агломерата. При производстве стали по этой технологии расход воды уменьшает­ся в 2-3 раза, сокращаются объемы сточных вод, выбросы в атмосфе­ру пыли, 5О_г и др.

Другим примером малоотходного технологического процесса служит порошковая металлургия. Она позволяет создавать материалы с уникальными свойствами. Если при металлообработке литья и про­ката уходит в стружку до 60-70% металла, то при изготовлении дета­лей из пресс-порошков потери материалов не превышают 5-7%, Пре­имущества порошковой металлургии выражаются не только в эконо­мии черных металлов, но и в снижении загрязнения атмосферы и во­ды.

В машиностроении малоотходными технологиями являются процессы обработки металла без снятия стружки. Это литье, методы обработки давлением (прокатка), холодная штамповка. Названные технологии дают не только большие технико-экономические выгоды, но и уменьшают образование отходов, позволяют значительно повы­сить коэффициент использования металла (КИМ) — один из основ­ных критериев совершенства технологий.

Одним из важных направлений машиностроения является замена металлов на полимеры и их композиции. Детали из полимерных ма­териалов в отдельных случаях работают в 5-10 раз дольше, чем ме­таллические.

Технологии первого рода направлены на технологическое пере­вооружение, требуют наибольших вложений и времени.

Технологии II рода - это процессы:

- рециркуляции - многократное возвращение веществ в техно­логический процесс;

- регенерации — возвращение исходных качеств отработавшему продукту (регенерация травильных растворов и электролитов гальва­нического производства, с мазо ч но -охлаждающих жидкостей - СОЖ);

- рекуперации- возвращение части материалов или энергии для повторного использования в технологическом процессе (рекуперация минеральных масел, СОЖ);

- утилизации (лат. «ийИз» - полезный) - употребление с пользой (утилизация токсичного ила городских очистных сооружений для нужд сельского хозяйства и строительства, переработка отходов жи­вотноводства для получения биогаза).

Особенность этих технологий состоит в том, что они возвращают в основной процесс необходимые компоненты и в то же время пре­дотвращают загрязнение ОС. Без них основной технологический про­цесс невозможен.

Технологии III рода- это процессы, в которых депонированные токсичные отходы производства используются для вторичной перера­ботки и получения новых продуктов с пониженной токсичностью (из­готовление керамзита, шлакоблоков из отходов добывающей про­мышленности и металлургии; производство сантехнических изделий из автопокрышек).

Наиболее актуально внедрение технологий рециркуляции и пере­работки отходов (II и III рода). Одновременно с этим необходимо на­ходить возможности перехода к технологиям I рода.

Оценка отходности технологии

В настоящее время нет универсальной методики определения отходности технологий. Но в ряде отраслей промышленности такие оценки применяются.

Коэффициент безотходностипроизводства равен:

где /- коэффициент пропорциональности;

Км - коэффициент использования материальных ресурсов.

Км та* ⁼ 0,98-0,99 - с такой цикличностью обращаются биогенные элементы в природе;

Кэп - коэффициент использования энергетических ресурсов - это КПД технологических процессов. Прогрессивный К_Эн = 0,8-0,9; передовых решений К_Эн " 0,7-0,8;

Кэк ~ коэффициент соответствия экологическим требованиям.

должен быть близок к 1, поскольку необходимо учитывать токсичность отходов.

О <К$ < 1. Если Кг, и 0,8-0,9, производство относят к категории малоотходных в зависисимости от мощности предприятий; К_к > 0,95--0,98 •• к безотходным.

Для энергетики, промышленности и транспорта необходим еще один критерий - коэффициент вредного действия(КВД). КПД все­гда меньше I . КВД может быть больше ! . Это означает, что промыш­ленный объект наносит вред окружающей среды (ОС), КВД можно использовать как критерий природоемкости, а его снижение как кри­терий экологизации производства.

Комплексная переработка сырья

Комплексная переработка сырья - это не только бережное расхо­дование природных ресурсов, но и уменьшение поступления отходов в ОС.

Предположим, что добываемая руда содержит несколько полез­ных компонентов. Если добывающее предприятие извлекает только один, интересующий его компонент, то второй компонент попадает в отвалы и станет загрязнителем ОС. Эти отвалы можно либо захоро­нить, либо переработать. В последнем случае второй полезный ком­понент выпадает из основного технологического процесса.

Альтернативойтрадиционной технологи служит комплексная переработка сырья с извлечением всех компонентов. Примером мо­жет служить переработка апатитонефелииовой руды Кольского ме­сторождения. Она содержит 13% апатита, 30-^0% нефелина и другие минералы. Добытая руда разделяется метолом флотации на апатито­вые и нефелиновые концентраты. Из апатита получают фосфорную кислоту, фосфорные удобрения и фосфогипс. Из нефелинового кон­центрата и известняка получают глинозем, соду и портландцемент. Данная технология не имеет аналогов в мировой практике. В других странах глинозем для производства алюминия получают только из бокситов.

Твердые бытовые отходы

При переработке ТБО необходимо:

- проводить раздельный сбор и сортировку;

- уменьшать энергоемкость переработки;

- уменьшать вредное воздействие на ОС;

- обеспечивать необходимую чистоту конечных продуктов.

В Швеции применяют пневматический транспорт для удаления мусора из мусоропроводов по горизонтальным подземным каналам до станции, обслуживающей несколько зданий (микрорайон). На этих станциях после прессования мусор перегружается в мусоровозы. В Москве такая система функционирует в Чертаново и на Ленинском проспекте.

Основной метод переработки ТБО в мире - это сжигание. При низкотемпературном сжигании с отходящими газами выносятся ток­сичные соединения. В связи с этим мусоросжигательные заводы ста­новятся дополнительными источниками загрязнения. Высокотемпера­турное сжигание отходов (1100-1300°С) позволяет избежать вредных выбросов в атмосферу. Передвижные мусоросжигающие установки, смонтированные на автоприцепах или морских судах, не допускают загрязнения земной поверхности и поверхностных вод.

В настоящее время стоит проблема применения пластмасс и упа­ковочных материалов, которые при сжигании не образовывали бы токсичные вещества (диоксины) или разлагались в почве под дейст­вием естественных биологических процессов.

Устройство полигонов для захоронения ТБО. Выбирают глини­стый грунт. Устраивают котлован глубиной около 1,5 м. Отходы на­капливаются в котловане 20-25 лет. В нижних слоях отходов проис­ходит медленный бактериологический процесс с повышением темпе­ратуры до 30°С.

В течение суток отходы вывозят на одну площадку полигона и уплотняют бульдозером до высоты 2 м. На следующие сутки отходы вывозят на другую площадку, а предыдущую укрывают изолирую­щим слоем грунта, толщиной 25 см. Из разравниваемых слоев грунта извлекают металлолом. Для сокращения площади полигон загружают многослойно до высоты 60 м. После полной загрузки и задернения поверхность полигона можно использовать для устройства парков, садов.

Допускается совместное захоронение ТБО и некоторых промыш­ленных отходов (по номенклатуре их более 10 тыс. видов).

Промышленные отходы

Разбавление вредных веществ а больших объемах транспорти­рующих сред •- воздухе и воде - до сих пор остается главным спосо­бом охраны окружающей среды.

Более прогрессивное направление - это использование отходов в виде вторичного сырья. Многие действующие предприятия не могут быть быстро переведены на малоотходные схемы производства, по­этому остается актуальной задача создания эффективных систем улавливании и утилизации отходов.

Предприятия тратят до 8% стоимости готовой продукции на сбор и вывоз отходов. Эти расходы можно уменьшить, если наладить пе­реработку отходов. Вторичные материальные ресурсы(ВМР) - от­ходы, которые в дальнейшем можно использовать в производстве. Они могут быть использованы в основном или вспомогательном про­изводстве. Использование ВМР - это повышение .эффективности про­изводства, уменьшение загрязнения ОС. Утилизацию отходов целесо­образно проводить в местах их образования, что снижает безвозврат­ные потери и затраты на транспортировку.

Утилизация металлических отходов. Основной способ пере­работки металлических отходов - переплавка. Последовательность операций утилизации металлических отходов:

- очистка от минеральных и органических примесей в моечносушильных установках или в печах;

- сортировка по маркам;

- разделка (резка, прессование, дробление). Используют крио­генную технологию в сочетании с дроблением. Дробление при I -600-2000°С придает хрупкость изделиям;

- сортировка измельченного металлолома (магнитные сепарато­ры, грохоты, сортировочные линии с рентгеновскими установками);

- пакетирование на прессе в холодном или горячем состоянии (600-700"С). Предприятие, на котором образуется более 50 т обрезков в месяц, организует пакетирование. Фирма «Франс Арнольд сене» (Австрия) выпускает пакетирующие прессы, принимающие в свои камеры целый автомобиль:

— транспортировка.

Энергоемкость производства алюминия из вторичного сырья в 33 раза меньше, чем из природных бокситов. Себестоимость выплавки стали из металлолома в 25 раз дешевле, чем из шихты. Шихта – это смесь агломератов или окатышей с флюсом (известь, песок), загру­жаемых в доменную печь. Флюс помогает всплыть шлакам при вы­плавке железа. При этом в 6 раз снижается загрязнение атмосферы и в 5 раз уменьшается потребность в транспортных средствах. Утилизация древесины:

- обрезки, опилки, стружка служат для изготовления древесново­локнистых шшт (ДВП), фанеры, оргалита, картона. Выпуск бумаги и картона из вторичного сырья а Великобритании со­ставляет 55%, Египте - 97% общего объема.

- древесная кора применяется для изготовления лекарств и удобрений;

- из отходов древесины изготавливают композиционные мате­
риалы для самосмазывающихся подшипников скольжения.

Утилизация полимеров и резины

Отходы полимерных материалов подразделяются на:

- термопластичные - это полиэтилен, поливинил, полистирол (перерабатываются при высоком давлении и температуре). Из них изготавливают трубы, тару. Предприятия утилизируют только 10% отходов полиэтилена, а все остальное вывозится на свалки. Полиэтилен не гниет и не разлагается;

- термореактивные (перерабатываются дроблением и используются как строительный материал);

- изношенные покрышки перерабатываются в резиновую крошку, которая используется для покрытий беговых дорожек стадио­нов, шины.

Утилизация отработанных масел и СОЖ:

-регенерация масел (отстаивание, сепарирование, адсорбция),

- регенерация СОЖ (очистка от металлической стружки с помощью магнитных фильтров, от абразивных частиц - фильтрова­нием). Утилизация электролитов и травильных растворов:

- регенерация электролитов гальванического цеха, содержащих ценные металлы Сг, N1, Си, А§ (выпаривание, осаждение, ультра­фильтрация). С помощью селективных полупроницаемых мембран можно извлекать до 90% ценных металлов. Утилизация тепла

15-20% себестоимости продукции составляют затраты энергии и топлива на ее производство. Утилизации подлежит тепло отходящих дымовых газов котельных, печей литейного и кузнечного производст­ва. Утилизируемое тепло используют для подогрева воды и воздуха с помощью регенераторов и рекуператоров.

Большую перспективу имеют технологии, в которых утилизация отходов происходит параллельно с основным технологическим про­цессом. Город избавляется от мусора, а промышленное предприятие выпускает продукцию за счет ВМР

Утилизация осадков сточных код

На очистных сооружениях скапливается огромное количество осадков сточных вод. Рассмотрим технологический цикл обработки осадков сточных вод.

Л Уплотнение осадка. Используют гравитационный и флотационный методы в отстойниках, центробежное уплотнение.

2. Стабилизация осадка. Используют для разрушения биологически разлагаемой органики. Это предотвращает загнивание осадков при сушке на иловых площадках, при использовании в качестве сель­скохозяйственных удобрений. Применяют аэробную стабилизацию в аэротенках. Период аэробной стабилизации при I = 20°С состав­ляет около 10 суток.

3. Кондиционирование осадков. Используют для разрушения колло­идной структуры осадка органического происхождения или обез­воживания. Применяют дорогой реагентный метод кондициониро­вания с помощью хлорного железа и извести, замораживание,
электрокоагуляци я.

4. Обезвоживание осадка. Используют для получения шлака с объемной концентрацией твердой фазы до 80%. До недавнего времени сушили осадки на иловых площадках. Однако дефицитземельных участков, загрязнение ОС, низкая эффективность этого метода обусловили применение более эффективных методов: вакуум-фильтрование на фильтр-прессах,центрифугирование, вибрацион­ное фильтрование. Термическую сушку применяют для сильно-ток­сичных веществ. Однако высокая стоимость этого метода ограничивает его широкое применение.

5. Утилизация или ликвидация осадка. Осадки ликвидируют, когда утилизация невозможна или экономически нерентабельна. Приме­няют следующие способы ликвидации осадков:

- сжигание - наиболее распространенный метод ликвидации. Осадки сжигают на станциях очистки сточных вод. Они имеют высокую теплотворную способность, что позволяет поддержи­вать процесс горения без использования дополнительных ис­точников энергии;

- сброс жидких осадков в накопители;

- закачка в земляные пустоты.

ЭКОЛОГИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА