Проблемы отходности производства. Малоотходные технологии.

Экологизация и снижение природоемкостипроизвдства предполагают сокращение валового внесения в природную среду техногенных эмиссий. Сделать производство полно­стью безотходным невозможно. Задача вовсе не сводится к тому, чтобы устранить абсолютно все экологически отрицательные последствия производственных процессов. Ставить такую задачу равносильно на­мерению изобрести вечный двигатель второго рода — безэнтропийный. Условно безотходными могут быть только отдельные стадии техноло­гического цикла производства.

Создание малоотходных ресурсосберегающих технологий выдвигает ряд общих требований, направленных на качественное изменение произ­водства это:
- комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;
-интенсификация производственных процессов на основе их авто­матизации, электронизации и роботизации; внедрение наукоемких, высокотехнологичных автоматизированных систем;
- цикличность и замкнутость материальных потоков при минимиза­ции производственных отходов;
- уменьшение разделения технологического процесса на отдель­ные операции, сокращение числа промежуточных стадий пере­хода от сырья к конечному продукту; применение непрерывных процессов и сокращение времени технологических циклов;
- сокращение удельного потребления прнродных ресурсов и энергии, максимальная замена первичных ресурсов вторичными, рециркуляция побочных продуктов и отходов в основной про­цесс, регенерация избыточной энергии;
- применение комбинированных энерготехнологических процес­сов, обеспечивающих максимальное использование всего потен­циала энергоресурсов;
- внедрение экологических биотехнологий на базе физико-химиче­ских и биологических процессов, обеспечивающих возможность использования или обезвреживания отходов путем доведения их до природного состояния;
- создание интегрированных технологий, охватывающих сферы природопользования, производства и потребления.

Системный анализ производственных процессов с этих позиций позво­ляет определить пути создания технологий нового поколения.

Малоотходные технологии в перерабатывающей промышленно­сти основываются на производственных циклах, в которых сокращено число технологических переходов от сырья к готовой продукции, повышена замкнутость материальных потоков и, соответственно, уменьшен коэффи­циент вредного действия.
Первыми примерами таких комплексных технологических процессов, проектируемых под конкретные изделия или продукцию и работающих по схеме «мономер — изделие», «материал — конструкция», «сырье — про­дукция», когда число раздельных операций минимизируется, являются технологии роторных линий, порошковой металлургии, гибких автоматизированных линий «материал — агрегат», термофронтального синтеза материалов. В этих случаях получены и наиболее качественная продукция, и наиболее серьезные результаты в области создания энергосберегающих и малоотходных процессов. Технологии, основанные на сокращении числа технологических переходов и повышении их информационного содержа­ния, так называемые наукоемкие технологии, могут быть отнесены к тех­нологиям первого рода с точки зрения их экологического соответствия. Они предусматривают изменение организации производственных комплек­сов на уровне элементарных технологических структур и определяют стратегическое направление технологического перевооружения. Правда, они требуют и наибольших вложений и времени.

Другое направление связано с разработкой технологий, при которых обеспечивается рециркуляция, или возвращение побочных продуктов, в осно­вной процесс или сопутствующую технологию. Примеры таких решений — технологий второго рода — процессы регенерации и рекуперации минеральных масел, смазочно-охлаждающих жидкостей, регенерации и коррекции отработанных травильных растворов и электролитов гальва­нического производства. Важной особенностью этих технологий является то, что, осуществляя коррекцию растворов, возвращая в основной процесс необходимые компоненты и регенерируя из водных растворов медь (а это важно для экологической безопасности стоков), они функционируют так, что без них основной технологический процесс невозможен. Другой при­мер технологий второго рода — это утилизация избыточного активного ила городских очистных сооружений для целей строительства, сельского хозяйства и извлечения некоторых ценных химических продуктов. В част­ности, для его гомогенизации и переработки предложен способ, в резуль­тате применения которого может быть получено жидкое топливо с ка­лорийностью на уровне спирта. К этому роду технологий относится также получение биогаза на основе переработки отходов животноводства и дру­гой биогенной органики.

К технологиям третьего рода могут быть отнесены операции и процессы, в которых депонированные отходы производства, обладающие потенциалом загрязнения, используются для вторичной переработки и по­лучения новых продуктов с пониженной химической активностью. Примеры: изготовление керамзита, шлакоблоков и других строительных и облицовочных материалов с использованием отходов добывающей промы­шленности, металлургии и химии; переработка автопокрышек в стойкие сантехнические изделия и т.п.
В черной металлургии разработана технология получения желе­за непосредственным восстановлением рудных концентратов водородом или синтез-газом (смесь Н2 и СО). Благодаря новому методу устраняются стадии доменного передела, производства кокса и агломерата. В результате при производстве стали по этой технологии расход воды уменьшается в 2-3 раза, резко сокращаются объемы сточных вод, выбросы в атмосферу пыли, диоксида серы и других вредных веществ.

Одним из характерных примеров малоотходных технологических процессов служит порошковая металлургия, которая позволяет созда­вать материалы и изделия с особыми, уникальными свойствами, иногда вообще недостижимыми при других технологиях. 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 и других дефицитных материалов, но и в снижении загрязнения атмосферы и воды, харак­терного для обычных металлургических процессов.
В машиностроении основой малоотходных технологий являются про­цессы обработки металлов без снятия стружки. Это точное литье, методы обработки давлением (прокатка, дорнование), листовая и объемная холодная штамповка и др. Эти технологии позволяют значительно повы­сить коэффициент использования металла (КИМ) — один из основных критериев совершенства технологии. Естественно, что увеличе­ние КИМ дает не только большие технико-экономические выгоды, но и во многом определяет экологический уровень производства в связи с умень­шением образования отходов.

Практические задания

1. Рассчитать индекс суммарного загрязнения атмосферы в промышленном центре, используя данные таблиц 1и 2. Определить, следует ли включать данный промышленный центр в список городов России с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы.

Для оценки степени суммарного загрязнения атмосферы рядом веществ используется комплексный показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА позволяет учитывать концентрации примесей многих веществ, измеренных в городе, и представить уровень загрязнения одним числом.

Существуют разные методики расчета ИЗА, основанные на нахождении отношения измеренной концентрации i-гo вещества к его ПДК, но отличающиеся использованием различных весовых коэффициентов и выбором вида функции зависимости индекса от этого отношения.

Наиболее часто комплексный индекс загрязнения атмосферы I(m), учитывающий m загрязняющих веществ, рассчитывается по формуле (1):

(1)

где X_i — среднегодовая концентрация i-гo вещества,

ПДК_i— его среднесуточная предельно допустимая концентрация,

С_i — безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень загрязнения воздуха i-м веществом к степени загрязнения воздуха диоксидом серы. Значения С_i равны 0,85; 1,0; 1,3 и 1,5 соответственно для 4, 3, 2 и 1 классов опасности вещества.

ИЗА, рассчитанный по формуле (1), показывает, какому уровню загрязнения атмосферы (в единицах ПДК диоксида серы) соответствуют фактически наблюдаемые концентрации m вещества в городской атмосфере, то есть показывает, во сколько раз суммарный уровень загрязнения воздуха превышает допустимое значение по рассматриваемой совокупности примесей в целом.

В атмосферном воздухе городов России имеется 4-5 веществ, которые определяют основной вклад в создание уровня загрязнения. Поэтому для расчета ИЗА в конкретном населенном пункте за конкретный период необходимо сначала выбрать 5 веществ, для которых отношение средней измеренной концентрации к ПДК будут максимальны, а затем по ним с учетом класса опасности вещества рассчитать ИЗА. Например, для Перми ИЗА в 2004 году составил 12,1 (учитывались бензпирен, фенол, формальдегид, пыль, диоксид азота), в 2005 - 8,6 (учитывались бензпирен, формальдегид, фторид водорода, аммиак, диоксид азота). ИЗА зависит не только от количества выбросов, но и от климатических условий, влияющих на рассеивание загрязняющих веществ и формирование приземных концентраций.

В России загрязнение считается низким, если ИЗА <5, повышенным при ИЗА от 5 до 6, высоким при ИЗА от 7 до 13 и очень высоким при ИЗА, равном или большем 14.

2. Определить эффективность очистки выбросов от пыли при использовании пылеулавливающего аппарата, если концентрация пыли в газовом потоке до очистки составляет 120 мг/м³, а концентрация пыли в газовом потоке после очистки составляет 20 мг/м³.

Определение эффективности очистки
С экологической точки зрения основным показателем работы очистного оборудования является эффективность очистки:

h = Cвх – Cвых

------------------= 120-20/120 = 0,83

Cвх

где Свхи Свых – массовые концентрации пыли в газе до и после очистки

 

3. Рассчитать индекс загрязненности для поверхностных вод и определить класс качества воды рыбохозяйственного водного объекта. Для решения задачи используйте данные таблиц 1 и 2.

Наименование загрязняющего вещества	Среднегодоваяконцентрация вещества, мг/л	ПДК мг/ л,		Величина ИЗВ	Класс качества воды	Наименование
Сульфат-анион S		100,0		менее или равно 0,3	I	Очень чистая
Железо	0,02	0,1		более 0,3 до 1	II	Чистая
Нитрит-анион NO2-	0,19	0,08		более 1 до 2,5	III	Умеренно загрязненная
Нефтепродукты	0,04	0,05		более 2,5 до 4	IV	Загрязненная
Марганец двухвалентный Mn^2+	0,01	0,01		более 4 до 6	V	Грязная
БПК5	4,5			более 6 до 10	VI	Очень грязная
				более 10	VII	Чрезвычайно грязная

Для комплексной оценки качества поверхностных и морских вод применяется индекс загрязненности вод (ИЗВ). Для поверхностных вод он рассчитывается по формуле:

ИЗВ= /6, где С_i– концентрация в воде i - го вещества, мг/л;6 – лимитируемое число показателейингредиентов), берущихся для расчета;ПДК_i - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества.В расчет включаются наиболее значимые показатели, определяющие суммарное загрязнение (включая показатели растворенного кислорода и БПК₅). В зависимости от величины ИЗВ определяется класс качества вод.

ИЗВ= Умеренно загрязненная

 

 

4. Рассчитать объем образования отработанных люминесцентных ртутьсодержащих ламп.

Для освещения административных помещений предприятия и объектов соцкультбыта применяются лампы люминесцентные ртутьсодержащие типа ЛБ 40; ЛБ 60; ЛБ 80, ДРЛ. Расчет объема образования отхода V0(т/год) в виде отработанных ламп можно произвести по формуле: V0= ni·mi·ti·10^-6/ ri, где

ni– количество установленных ламп i-той марки, шт; mi – вес одной лампы, гр; ti – фактическое количество часов работы ламп i-той марки, час/год; ri – эксплуатационный срок службы ламп и i-той марки, час.

В расчет принять усредненный вес лампы ЛБ 40 – 330 гр, ЛБ 60 – 350 гр, ЛБ 80 – 360 гр, ДРЛ - 400 гр.

Эксплуатационный срок службы ламп (паспортные данные) 12000 часов.Фактически из-за низкого качества изготовления, эксплуатационный срок службы снижен до 6000 час/год.

 

5.. Определить суммарную экологическую техноемкость территории района, если известны экологические емкости компонентов природной среды: воздуха 70 т/год, воды 40 т/год, земли 20 т/год. Принять: значения коэффициентов вариации для естественных колебаний содержания основных субстанций в среде: для воздуха Х₁=3 10^-6; для воды Х₂=4 10^-5; для биоты Х₃=0,5. Средние значения коэффициентов перевода массы в условные тонны: для воздуха ₁ = 0,46 усл.т/т; для воды ₂ = 0,3 усл.т/т; для земли ₃ = 0,37 усл.т/т.