Промышленная экология

Человечество в начале третьего тысячелетия оказалось перед сложнейшим и неизбежным выбором дальнейшего пути развития. В.И. Вернадский еще писал в начале ХХ века писал: “Мы переживаем не кризис, волнующий слабые души, а величайший перелом научной мысли человечества, совершающийся лишь в тысячелетие….”. Речь идет о выборе такого пути развития, при котором необходимые потребности человека удовлетворялись бы без ущерба для будущих поколений и биосферы в целом. Результаты деятельности человека по производству товаров и услуг не должны перекрывать возможности биосферы или, другими словами, недопустима ее деградация в результате этой деятельности.

В настоящее время в большинстве стран мира считается общепризнанными, что проблема рационального использования природных ресурсов и предотвращения загрязнения окружающей среды, а следовательно и проблема устойчивого развития общества, может быть решена путем нового подхода к организации и функционированию промышленных производств и экономической системы в целом.

Разработкой этого нового подхода к организации и функционированию промышленного производства занимается промышленная экология.

Понятие “промышленная экология” появилось в начале 80-ых годов.

Промышленная экология (изучает) взаимосвязь (и взаимозависимость) материального, в первую очередь промышленного, производства, человека и других живых организмов со средой из обитания. Т.е. предметом изучения промышленной экологии являются эколого-экономические системы.

Промышленная экология служит средством для достижения устойчивого, самоподдерживающегося функционирования эколого-экономических систем и общества в целом.

В природных экосистемах производство и размножение сбалансированы, в них нет отходов: отходы одних организмов служат средой обитания для других и таким образом осуществляется практически замкнутый кругооборот веществ в природе. В природных экосистемах около 90% энергии расходуется на размножение и возвращение веществ в биологический круговорот.

В социально-экономических системах около 90% материальных ресурсов не переходит в отходы, а остальное количество используется в производстве и потреблении.

Поэтому главной задачей промышленной экологии является нахождение путей для рационального использования природных ресурсов, предотвращения их исчерпания, деградации и загрязнения окружающей среды, а в конечном итоге – совмещение техногенного и биогеохимического круговоротов веществ.

Любое промышленное производство связано с неизбежными воздействиями на окружающую среду, и это воздействие включает в себя все вещества, используемые или образующиеся в процессе производства. Потребляемые ресурсы и выпускаемую продукцию также необходимо рассматривать как виды возможного воздействия на среду.

Обобщенная схема материальных потоков в системе ”производство – окружающая среда” имеет следующий вид:

Выделяется три вида материальных потоков, содержащих загрязняющие вещества: выбросы в атмосферу, сбросы в водные объекты, и неиспользуемые отходы. Каждый из видов материальных потоков делится на контролируемые и неконтролируемые потоки, каждый из которых в свою очередь делится на организованные и неорганизованные. В качестве дополнительных типов материальных потоков выделяют регулируемые потоки, связанные с наличием методов и средств, изменяющих характеристики источников воздействия на окружающую среду в заданном направлении, и нерегулированные.

Анализ развития производств, динамики потребления сырья и образования отходов привели к неизбежному выводу о том, что дальнейшее развитие производств (общества в целом) не может осуществляться на базе исторически сложившихся экстенсивных технологических процессов без учета экологических ограничений и требует принципиально нового подхода. Этот подход, получивший название “безотходная технология”. А позднее “чистая технология”, основной которого является цикличность материальных потоков, подсказан самой природой.

Как подсказал анализ развития промышленности и объемов использования природных ресурсов начиная с 1909 (академик И.В. Петрянов-Соколов), объем мирового промышленного производства увеличивается по экспоненциальному закону. Количество перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов также возрастает экспоненциально.

Где А – соответственно объем производства, количество используемого сырья и образующихся отходов. Причем n3 > n2 > n1.

А это означает, что человечество все больше и больше работает на производство отходов. За анализируемый период только 1-2% сырья переходило в конечную продукцию, а остальные 98—99% превращалось в отходы, зачастую весьма токсичные. Никогда раньше человек не добывал из Земли так много сырья, как в наше время. Подсчитано, что на каждого жителя развитых стран уже приходится не менее 20 тонн в год добываемого минерального сырья. Расходы на обезвреживание и переработку отходов уже теперь, когда деятельность людей в этом направлении практически только начинается, также возрастают экспоненциально и уже сейчас составляют 8-10% стоимости произвольной продукции.

Проблема имеет два аспекта: 1. сокращение важнейших мировых запасов исчерпаемых ресурсов и 2. на сегодняшний день более серьезная – загрязнение окружающей среды.

Выход из сложившейся ситуации заключается в целенаправленном повышении роли вторичных ресурсов (рационального их использования) и организации локального, рационального, а затем и глобального техногенного круговорота веществ, в котором первичное сырье будет затрачиваться только на восполнение потерь и расширение объемов производства. В конечном итоге основным для промышленного производство должно стать вторичное сырье. Такая тенденция уже существует в большинстве развитых стран и в России.

Радикальной мерой в решении этой проблемы является создание безотходных или чистых производств (основа промышленной экологии).

Проблема имеет два аспекта: 1. сокращение важнейших мировых запасов исчерпаемых ресурсов и 2. на сегодняшний день более серьезная - загрязнение окружающей среды.

Организация производственных процессов

Производство – совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных материалов путем различных превращений в необходимые продукты.

Общие требования к производству:

- получение в производстве необходимого продукта;

- безопасность и надежность эксплуатации;

- максимальное использование сырья и энергии;

- максимальная производительность труда.

Общая структура промышленного производства включает в себя следующие функциональные части:

1-подготовка сырья; 2-переработка сырья; 3-выделение основного продукта; 4-санитарная очистка и утилизация отходов; 5-энергетическая система; 6 водоподготовка и подготовка вспомогательных материалов; 7-система управления.

Подготовка сырья включает в себя его предварительную обработку – измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов и т.д. Процессы подготовки сырья зависит от вида сырья и условий превращения.

Подготовленное сырье проходит ряд превращений, в результате чего образуется необходимый продукт производства.

Поскольку исходное сырье, как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать от примесей [3].

Отходы производства или невостребованные продукты переработки сырья могут содержать как вредные компоненты, которые опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства.

Безусловно, наиболее рациональным является превращение отходов основного производства в дополнительный полезный продукт, с тем чтобы если и не исключить, то существенно уменьшить количество выбрасываемых отходов.

Энергетическая система должна обеспечивать не только распределение энергии по стадиям производства, но и по возможности возвращение ее после использования сырья..

Поскольку вспомогательные материалы и вода обеспечивают технологический процесс, но, как правило, не входят в конечные продукты производства, то система подготовки должна обеспечивать восстановление их свойств после проведения цикла операций с их участием и возврат их в производство.

Производство невозможно без системы управления. Она обеспечивает контроль за состоянием производства, проведение процессов при наилучших условиях, защиту от нежелательных ситуаций, пуск и остановку. Этот элемент представляет собой автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП).

Теперь можно определить компоненты промышленного производства.

Переменные компоненты постоянно потребляются или образуются в производстве:

- сырье, поступающее на переработку;

-вспомогательные материалы;

- продукты (основной и дополнительный) как результат переработки сырья;

- отходы производства;

- энергия, обеспечивающая функционирование производства.

Постоянные компоненты закладываются в производство или участвуют в нем на весь или почти весь срок его существования:

- аппаратура (машины, аппараты, емкость, трубопроводы, арматура);

- устройства контроля и управления;

- строительные конструкции (здания, сооружения);

- обслуживающий персонал (рабочие, инженеры, и др. работники производства).

Состав промышленного производства, обеспечивающий его функционирование как производственной единицы:

- собственно производство;

- хранилища сырья, склады продуктов и других материалов;

- транспортировка сырья, продуктов, промежуточных веществ, отходов;

- обслуживающий персонал производственного подразделения;

- система управления, обеспечения и безопасности.

Технологический процесс

Совокупность операций и процессов переработки сырья и материалов в продукты называется технологическим процессов.

В совокупном технологическим процессе выделяются виды отдельных процессов и операций, классифицированных по их основному назначению, и соответствующие аппараты и машины, в которых они осуществляются.

Механические и гидромеханические процессы – перемешивание материалов, изменение их формы и размеров, сжатие и расширение, смешивание и разделение потоков. Все они протекают без изменения химического и фазового состава обрабатываемого материала. Для проведения этих процессов предназначены транспортеры, питатели, дробилки, диспергаторы, формователи компрессоры, насосы, смесители, фильтры.

Теплообменные процессы – нагрев, охлаждение, изменение фазового состояния. Химической и фазовой состав в них не меняется. Они протекают в теплообменниках, кипятильниках, конденсаторах, плавках, сублиматорах.

Массообменные процессы - межфазный обмен, в результате которого меняется компонентный состав контактирующих фаз без коренного изменения химического состава, т.е. химических превращений. К ним относятся: растворение, кристаллизация, абсорбция, дистилляция, ректификация, экстракция, адсорбция, сушка и т.д., осуществляемые в соответствующих аппаратах – дистилляторах, ректификационных колоннах, абсорберах, сушилках и т.д

Химические процессы - коренное изменение химического состава в химических реакторах.

Кроме этих основных процессов осуществляются также:

Энергетические процессы- взаимное преобразование различных видов энергии (тепловой, механической, электрической) в турбинах, генераторах, моторах;

Процессы управления – получение и передача информации о ходе процессов. К устройствам управления относятся датчики, сигнальные и информационные системы, клапаны, задвижки, вентили, системы автоматического регулирования и т.д.

Поиск по сайту: