Безвідходні технології як основний важіль природокористування

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет  водного господарства і природокористування

Кафедра фінансів і економіки  природокористування

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САМОСТІЙНА  РОБОТА

на тему: 

 

«Безвідходні технології як основний важіль природокористування»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рівне 2011 

 

 

Зміст

 

Вступ…………………………………………………………………………………3

 

1. Головні напрями та  перспективи розвитку безвідходних (маловідходних) технологій……………………………………………………………………………4

2. Маловідходні  технології………………………………………………………..6

3.Безвідходні технології в Україні…………………………………………………8

4. Поняття про рециркуляційні, утилізаційні та регенераційні технології.........13

5. ТПК як приклад замкнутого безвідходного виробництва................................13

 

Висновки...................................................................................................................14

Список використаної літератури............................................................................15

 

Вступ

Як такого, цілком безвідходного виробництва в техногенних системах у чистому вигляді не зустрічається; усе одно є відходи енергії, тверді і рідкі відходи, що запинаються в процесі їхньої переробки. Тому, незважаючи на те, що в літературі часто зустрічаються обидва поняття, у даній роботі йтиметься тільки про маловідходне виробництво або маловідходну технологію.   З метою економії матеріальних ресурсів величезне значення має використання відходів виробництва, що при сучасних технологіях утворюються в усе зростаючих обсягах.        Ця проблема також має екологічне значення.      Всі виробництва, де утворюються відходи, варто поділити на 2 групи:  • виробництва з перевагою механічної обробки вихідної сировини і матеріалів, тобто без руйнації їхньої внутрішньої структури (металообробка, лісова, деревообробна і легка промисловість). Результатами такого виробництва є товарна продукція й відходи.       • виробництва з комплексною переробкою сировини, у яких в результаті фізико-хімічної переробки, окрім основної продукції, утворюються побічні продукти і відходи виробництва. До таких виробництв відносяться нафтохімія і нафтопереробка, хімічна і коксохімічна промисловість, чорна і кольорова металургія.           Різноманітного вигляду відходи утворюються не тільки в процесі матеріального виробництва, але й у сфері виробничого і побутового споживання.           Спочатку варто визначитися з основними поняттями: вторинні матеріальні ресурси, відходи, технології, маловідходні технології і т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Головні напрями та перспективи розвитку безвідходних (маловідходних) технологій

 

У науково-технологічному аспекті питання підвищення ефективності використання природних ресурсів зводиться  до розробки та впровадження мало- і  безвідходних ресурсо- і енергозберігаючих  технологій, в рамках яких забезпечується найбільш повне, раціональне використання ресурсів і принципів безвідходності, є основою підвищення ефективності виробництва, що дозволяє комплексно вирішувати проблему ресурсозабезпечення економіки і охорони навколишнього природного середовища.      

При вирішенні  проблеми безвідходності виробництва  слід мати на увазі дві сторони  єдиного процесу. Перше — це найбільш раціональний видобуток та повне використання ресурсів і як наслідок зменшення утворення відходів. Друге — це розширення використання відходів, що утворюються. Ці шляхи не виключають, а взаємно доповнюють один одного.     Поняття безвідходних технологій дещо умовне, оскільки повної безвідходності досягти практично неможливо. Коректніше говорити про маловідходні технології. При цьому мається на увазі можливість створення технологічних систем, вплив яких на природу не перевищуватиме її відновлювального потенціалу.        

В основу концепції безвідходних технологій лягли три основні положення, а саме:     

- створення  максимально замкнених систем, організованих за аналогією з природними екосистемами;     

- раціональне  використання всіх компонентів  сировини;  

- неминучі впливи  на навколишнє середовище не  повинні порушувати його функціонування.         Безвідходне виробництво передбачає встановлення повного контролю над рухом матеріальних ресурсів на всіх стадіях: видобутку сировини, її виробничої переробки, споживання, утилізації відходів виробництва і споживання. Безвідходні технології стають ефективними навіть у тих випадках, коли собівартість одержаної продукції стає вищою. Проте необхідно, щоб перевитрати виробництва були меншими, ніж економія на зменшенні збитків від забруднення навколишнього середовища.    

Термін “безвідходні технології” був вперше запропонований радянськими вченими, академіками М.М. Семеновим та І.В. Петряновим - Соколовим. За досить короткий проміжок часу (незважаючи не зовсім правильну суть самої назви) він почав широке застосування в усьому світі.    Безвідходні технології часто називають ще маловідходними або екологічно чистою, розуміючи при цьому ідеальну модель такого виробництва, яке поетапно (по мірі розвитку НТП) наблизиться до своєї теоретичної межі ідеального нешкідливого виробництва. В зв’язку з таким широким трактуванням цього терміну сьогодні існує кілька підходів до визначення таких технологій.         Наприклад, Європейська економічна комісія ООН (згідно з “Декларацією про маловідходні і безвідходні технології”) розуміє під останньою “практичне застосування знань, методів і засобів, з метою забезпечення потреб людини найбільш раціональним використанням природних ресурсів і енергії та захисту навколишнього середовища”.  Дещо інше визначення пропонує комісія ЄС. “Чиста (безвідходна) технологія – це такий метод виробництва продукції при найбільш раціональному використанні сировини та енергії, який дозволяє одночасно знизити об’єм викидів у навколишнє середовище забруднюючих речовин і кількість відходів, отриманих при виробництві і експлуатації виготовленого продукту”.          Але якими б не були визначення безвідходних технологій, їх суть та завдання полягають в тому, щоб без зниження продуктивності вони забезпечували екологічну безпеку оточуючого людину природного середовища.        

Основою розвитку усіх безвідходних (маловідходних) технологій є комплексна переробка сировини, особливо в гірничовидобувній, металургійній та хімічній галузях. Значно складніше цього досягти в багатономенклатурних та серійних виробництвах машинобудування. Але й тут з’являються перспективи пов’язані із використанням сучасних композиційних матеріалів, хоча зрозуміло, що принциповим зразком безвідходних технологій виступають екотехнології побудовані за принципом дії природних екосистем. Біосферне виробництво є найбільш масштабним на планеті з точки зору відтворення, використання вихідних матеріалів, знищення відходів в середині екосистеми. Ось чому пропонуються використання у виробництві функціонально-організаційних принципів екосистем створення системи комплексного виробництва шляхом об’єднання окремих спеціалізованих виробництв на певних територіях по типу (популяція-біогенез), тобто створення ТВК.

В склад ТВК  повинні входити якісно різноманітні виробництва для того, щоб розробка і переробка вихідної сировини здійснювались по різних технологічних ланцюжках, але х вищим коефіцієнтом використання матерії та енергії.          Спадковість системи, суть якої полягає в тому, що відходи одного виробництва (популяції) є вихідним матеріалом (сировиною) для іншого.  Можливістю системи є розкладання в кінцевому результаті відходів до звичайних мінеральних сполук та простих хімічних елементів.   Якщо неможливо досягти мінералізації відходів то слід досягти високого рівня їх утилізації з метою подальшого їх захоронення або переробки в планетарних процесах.        Регуляція потужності виробництв з метою недопущення надмірного виробництва продукції та використання сировини (обмеження використання і споживання ресурсів).          

Кількісна оцінка безвідходного технологічного процесу  здійсненого за допомогою коефіцієнту використання сировини, що виступає головним показником досягнення рівня безвідходного виробництва.  

2. Маловідходна  технологія

 

Маловідходна технологія - це засіб виробництва, при якому здійснюється оптимальне використання сировини й енергії в технологічному ланцюжку: природні ресурси - виробництво - споживання - вторинна сировина, з мінімальним негативним впливом на природне середовище.

 

Мал.1 Напрямки вдосконалення безвідходних технологій

Для організації  маловідходних технологій необхідно, щоб між підприємствами, які складають єдиний маловідходний комплекс, існували тісні зв’язки з кооперації, оскільки відходи одного виробництва є сировиною для іншого. А його відходи, у свою чергу, забезпечують технологічний процес третього і т.д.          

Звичайно, якщо такий комплекс виробництв компактно розміщений, то може являти собою комбінат. Наприклад, металургійний комбінат повного циклу, що випускає чавун, сталь і прокат чорних металів, може включати коксохімічний завод з перетворення кам’яного вугілля на сировину для доменного виробництва. Гази, що містять азот, є сировиною для виробництва азотних добрив, синтетичного каучуку, пластмас, синтетичних смол, гумовотехнічних виробів, - отже поруч повинні бути відповідні виробництва. Після виплавки чавуну залишається шлак - сировина для цементної і будівельної індустрії; виділяються гази - сировина для хімічної промисловості. При доменному виробництві звільняється значна кількість тем їла, що може бути використана для підігріву повітря або обігріву помешкань. Тобто в даному випадку мова йдеться про комбінування - об’єднання в одному виробництві різноманітних галузей промисловості, що являють собою або послідовні ступені переробки сировини, або відіграють допоміжну роль одна стосовно іншої. При комбінуванні знижуються втрати, зростає ефективність виробництва, створюються більш сприятливі умови для організації маловідходного виробництва.      

У широкому значенні поняття „маловідходне виробництво” включає не тільки технологічні процеси, організаційні й управлінські заходи, але і сферу споживання продукції, яка після втрати своїх споживчих властивостей у результаті фізичного зносу повинна бути повернена у виробництво або переведена в екологічно безпечну форму. У маловідходному виробництві в остаточному підсумку вся початкова сировина перетворюється на продукцію.   

Маловідходна  технологія повинна забезпечити: комплексну переробку сировини з використанням  усіх його компонентів на базі впровадження нових технологій; створення і  випуск нових видів продукції  з урахуванням вимог їхнього повторного використання; переробку відходів виробництва і споживання з метою одержання товарної продукції; створення маловідходних територіально-виробничих комплексів. 

Ефективність  капіталовкладень у маловідходні технології визначається за формулою:

де:

Еі - сума всіх ефектів  безвідходних технологій;

У - збиток навколишньому  середовищу від утилізації відходів, що залишилися;

К - повні капітальні вкладення для створення маловідходних систем

Ефект виробництва виявляється  в збільшенні обсягу прибутків від  додаткової товарної продукції, у зменшенні  обсягу оборотних коштів (наприклад витрати на очищення води, використаної для охолодження агрегатів).              Ефект споживання виявляється при більш повному використанні початкової сировини. При цьому з заощадженої сировини виробляється додаткова продукція, необхідна народному господарству.      Економія витрат на розвідку, видобуток, транспортування виявляється у вигляді економії не добутих ресурсів, резерву пропускної спроможності транспортних магістралей.           Ефект комплексного розвитку регіону й удосконалення розміщення продуктивних сил виявляється в економії земельних ресурсів завдяки комплексній забудові території (при формуванні ТВ К заощаджується 40 - 50% території за рахунок більш щільної забудови). Досягається економія витрат на створенні і використанні інфраструктури.      Ефект зовнішньоекономічних зв’язків виявляється в прирості національного доходу. Одержання продукції, що раніше ввозилася з-за кордону, або виробництво з відходів продукції на експорт дозволяє заощаджену або отриману валюту використовувати для придбання іншої продукції.            Екологічний ефект: при переході від відходних до маловідходних технологій зменшується сумарний фізичний обсяг відходів і заощаджуються кошти на їхню утилізацію.          Оскільки при маловідходній технології все одно якась їхня кількість залишається (і як правило вони більш реактивні), їх потрібно знешкоджувати або утилізувати. Для цього і передбачені визначені капіталовкладення (К).

3. Безвідходні технології в Україні

Впровадження безвідходних технологій є також шляхом значного розширення ресурсних можливостей людства. Особливо красномовно це видно на прикладі мінерально-сировинної бази. Маються на увазі зокрема можливості підземної газифікації вугілля. Далі за потенціалом стоїть впровадження геотехнологічних засобів видобування корисних копалин — підземного вилуговування металів, солей; мікробіологічні технології вилучення корисних компонентів з руд; освоєння гідромінеральних ресурсів, в тому числі морської води і розсолів для вилучення металів та солей.     Цікаво проілюструвати такі можливості стосовно України, де на етапі реконструкції народного господарства постало завдання використати власні ресурси за умов низьких витрат і мінімізації екологічного ризику. Тут відповідні проблеми є особливо актуальними, враховуючи, що видобуток вугілля, нафти, газу, залізних руд і ряду неметалевих видів корисних копалин ведеться з усе більших глибин, супроводжується зменшенням потужності пластів, ускладненням гірничотехнічних умов видобутку тощо.   Вугільні родовища України по суті є комплексними вугільно-метановими. Але другий компонент до останнього часу розглядається як шкідлива домішка, що ускладнює видобування власне вугілля. В той же час сучасні технології (в рамках реалізації українсько-американського проекту) дозволяють вже на першому етапі отримувати в Донбасі 5 млрд. м³ газу, що майже на третину збільшить газовидобуток в Україні. Перші підприємства з вилучення метану у промислових масштабах засновано також у Львівсько-Волинському регіоні.          Новітні технології видобутку нафти і газу спроможні оживити і надати друге життя багатьом старим, начебто вичерпаним родовищам. Стосовно діючих вони дозволяють підвищити вилучення нафти з продуктивних пластів зі звичних зараз 35—40 % до 60—65 % і більше.     Освоєння геотермальних ресурсів — передусім Карпат, Криму та низки інших регіонів — є також потужним додатковим джерелом енергоресурсів. Перші свердловини термальних вод уже живлять тепломережі деяких населених пунктів, обслуговують парникові господарства тощо.  Комплексне використання сировини. Одним із напрямків науково-технологічного прогресу, що забезпечує охорону навколишнього середовища і раціональне використання природокористування, є комплексне використання природних ресурсів. Комплексне використання — це найповніше, економічно найдоцільніше використання всіх корисних компонентів, що містяться в сировині, а також використання залишкових продуктів (в будівництві тощо). Майже всі види сировини мінерального і органічного походження містять супутні компоненти.           Як приклад візьмемо мінеральну сировину. В природі практично не існує монокомпонентних її видів. Нафта, вугілля, залізні і марганцеві руди, титанові, ртутні, калійні, нікелеві, уранові руди, первинні каоліни у своєму складі мають у відносно підвищених концентраціях цінні компоненти, а саме:    - нафта містить деякі кольорові метали, перш за все ванадій і нікель;  - вугілля Донбасу характеризується високим вмістом германію, ртуті, молібдену, миш’яку, меншою мірою рідкісноземельних металів, літію, рубідію, цезію та деяких інших;           - залізні руди містять германій, скандій, ванадій, золото, срібло, а також вісмут, стронцій, нікель, титан, уран;       - ртутні руди — сурму, золото, срібло;       - марганцеві руди — ітрій, рубідій, стронцій, свинець, цинк;   - каоліни — рідкісноземельні елементи.      Повнота вилучення цінних компонентів залежить від суспільної потреби в них та рівня розвитку техніки і технології, що дозволяють економічно виправданим шляхом їх отримувати.        У гірничодобувній та переробній промисловості повна і комплексна розробка родовищ та використання сировини передбачає підвищення коефіцієнта вилучення запасів корисних копалин із надр, використання розкривних і супутніх порід, продуктів збагачення, застосування більш глибинних методів переробки задля більшого виходу готового продукту (концентрату) та вилучення всіх супутніх компонентів.     В лісовій і деревообробній промисловості комплексне використання сировини передбачає максимальний вихід продукції з кожного куб. м деревини, використання таких продуктів лісозаготівлі і деревообробки, як зменшення відходів на всіх стадіях технологічних процесів.    Комплексне використання сировини передбачає поряд із наявністю відповідної техніки і технології повну інформацію про кількість і якість природних ресурсів, матеріалів (первинних і вторинних), їх вартісну оцінку та вартість продукції, що може бути з ним отримана.     Замкнені водооборотні системи. Одним з напрямів безвідходного виробництва є створення водооборотних систем, в основі функціонуванні яких лежить багаторазове використання води, після чого чисті води повертаються у водойми. Методи очищення води повинні забезпечувати одночасне вилучення та утилізацію цінних компонентів. Що більша кратність використання води, то досконаліша система водопостачання. На окремих підприємствах Японії та США кратність використання водних ресурсів становить 22—27 разів.   У гірничовидобувній промисловості ресурсозберігаючий ефект дає впровадження малоопераційних технологічних систем (гідровидобування вугілля чи метод підземної виплавки сірки), а також впровадження технології комплексної переробки сировини.        При видобуванні металевої сировини найефективнішими напрямами (з урахуванням подальших переділів) є підвищення глибини збагачення сирої руди та підвищення вмісту цільового компонента в товарній руді.   У металургійній промисловості найперспективнішими є технології прямого відновлення заліза (минаючи доменний процес), засновані на використанні залізорудних металізованих обкатанців, природного газу та твердого палива; розширення використання киснево-конверторної виплавки та електроплавки (з безперервним литтям заготовок); підвищення частки металобрухту в шихті; подальший розвиток спеціальних методів виплавки сталі з підвищеними експлуатаційними характеристиками.     У прокатному виробництві — це технологічні процеси, що об’єднують операції прокату і безперервної розливки, застосування термообробки, нанесення захисних покриттів та ін.        У машинобудуванні та металообробці — застосування технологій пластичної деформації, сучасних методів оброблення металів.    У промисловості будівельних матеріалів — удосконалення технологій виробництва цементу, скла, цегли, залізобетону на базі широкого використання таких альтернативних джерел сировини, як золошлаки теплоелектростанцій, шлами вуглезбагачення, шлаки і шлами металургійної промисловості. Застосування біотехнологій. Біотехнологія — один із важливих напрямів науково-технічного прогресу, що швидко розвивається. Технологія базується на промисловому застосуванні природних і цілеспрямовано створених живих систем (перш за все мікроорганізмів).      Виробництва, засновані на біологічних процесах, виникли уже на ранніх етапах історії людства (наприклад, хлібопечення, виноробство, сироваріння та ін.). З розвитком науки виникли нові галузі біотехнології, тісно пов’язані з мікробіологічною промисловістю.       Продукти біотехнології знайшли широке застосування в медицині, сільському господарстві. Після другої світової війни методами біотехнології стали отримувати кормовий білок, для виробництва якого використовують окремі фракції вуглеводнів нафти, відходи целюлозно-паперової промисловості, солому та ін. Поряд з кормовим білком значне місце в мікробіологічному виробництві займають такі продукти, як вітаміни, амінокислоти, добрива, біологічні засоби захисту рослин.   Перспективним напрямом у розвитку сучасної біотехнології є інженерна ензимологія, важливим досягненням якої є створення іммобілізованих (зв’язаних з полімерним носієм) ферментів і ферментних комплексів. Ці речовини застосовуються для здійснення складних хімічних процесів, у тому числі для перероблення сільськогосподарських, харчових і побутових відходів. Широке застосування біопрепарати знаходять в різних галузях промисловості (для отримання харчового білку), в легкій промисловості (шкіряне виробництво), в металургії (процеси флотації, точне лиття, прецизійний прокат), в нафтогазовій промисловості (процеси буріння, селективна очистка олив) та ін.        Біоенергетика — один із напрямів біотехнологій і перспективний напрям вирішення енергетичних і сировинних проблем, які постали перед людством в кінці ХХ століття. Вона ставить своїм завданням отримання відновлюваних (на відміну від невідновлюваних — вугілля, нафта, газ, уран та ін.) джерел енергії і сировини. В цьому розумінні передбачається широке використання методів хімічної і біологічної трансформації біомаси в паливо і продукти органічного синтезу, а також застосування біологічних генераторів струму.           Найефективніші з відомих методів — використання фототрофних мікроорганізмів, що конвертують сонячне випромінювання  
в енергію хімічних зв’язків, біотоліз води з отриманням водню, метанове бродіння органічних речовин в метан та ін. Як сировина для метанового бродіння використовуються органічні відходи тваринництва, птахівництва, промислові і комунальні стічні води та ін.     Розроблення і освоєння принципово нових технологій і вдосконалення існуючих. Сучасний етап розвитку науково-технологічного прогресу характеризується все активнішим впливом фундаментальних досліджень на технологію виробництва. Це веде до корінного якісного перетворення продуктивних сил, зміни матеріально-технічної бази суспільного виробництва, його змісту і форми. Принципово нові сучасні технології (ядерна, електронна, лазерна та ін.) виникли на базі фундаментальних наукових відкриттів і відрізняються використанням матеріалів і принципів їх оброблення, що не зустрічаються в природі. Трансформація наукових знань в технології стає одним із вирішальних факторів суспільного розвитку.    Прикладом цьому є: електронізація на базі ПЕОМ, комплексна автоматизація (включаючи системи нових видів матеріалів із заданими властивостями, а також понадчистих унікальних сплавів, нових технологій виробництва і оброблення) нові технології лиття, плазмові процеси, лазерні технології, освоєння біотехнологій тощо.      Використання нових технологічних рішень і удосконалення існуючих технологій сприяють оптимальному використанню ресурсів, підвищують їх віддачу, зменшують витрати ресурсів та утворення відходів, забезпечують раціональніше їх використання в галузях економіки.      В цілій низці проявів науково-технологічний прогрес демонструє високий рівень універсалізму у вирішенні суспільних проблем, забезпечуючи одночасно безвідходність, ресурсозбереження, комплексність і підвищення екологічності в цілому.            Розглянемо феномен такого роду на прикладі вугілля, спалювання якого стає тепер одним із найбільших джерел забруднення природного середовища внаслідок викидів в атмосферу оксидів азоту, сірчаного газу, важких металів, у тому числі й урану. Щодо металів, то це є одночасно «вилітанням в трубу» важливих для промисловості ванадію, германію, нікелю, кадмію, кобальту, цинку тощо. Решта ж інших цінних компонентів залишається в шлаках і переходить у відвали відходів.        Для підвищення ефективності згорання вугілля і зменшення забруднення середовища останнім часом розроблено нові технології, наприклад котли з топками з киплячим поверхневим шаром і різні типи фільтрів. Але повне вилучення корисних копалин і повне використання енергопотенціалу, а також мінімізація забруднення довкілля вимагають радикальної перебудови технології видобутку вугілля і його збагачення. Науково-технологічний прогрес відкриває шлях до цього — через попереднє перетворення вугілля в газ і вилучення під час газифікації шкідливих для навколишнього середовища (проте цінних для промисловості) компонентів.     Процес газифікації було освоєно промислово ще в першій половині минулого століття (він забезпечував потреби у синтез-бензині Німеччини і Південно-Африканської республіки). Нині роботи з дослідження і практичного використання газифікації вугілля знову набули широкого розмаху. У США, Великобританії та Німеччині частка вугілля, яке газифікується, сягає уже перших десятків відсотків. Існують фабрики, де металургійний процес супроводжується використанням газифікованого вугілля та ін.   Нові можливості відкривають технології газифікації вугілля у відновному середовищі, що дозволяють здійснювати його повну переробку. Водночас із газифікацією в таких установках відбувається відновлення оксидів металів, металізація залізнорудних обкатанців. Тому зникає потреба в доменній печі. Для відновлення руди не потрібен і кокс — достатньо й високозольного вугілля. В умовах енергетичної кризи вигода використання в металургійному процесі високозольного вугілля й ліквідація доменного і коксохімічного виробництва в чорній металургії є особливо очевидною. Будівельна промисловість на основі залишкових речовин забезпечуватиметься безцементними будівельними матеріалами.