Применение мало- и безотходных технологий в сельскохозяйственном производстве

Понятие «Безотходные и малоотходные технологии и производства»

Безотходные и малоотходные технологии в агропромышленном комплексе

Биогазовые установки

Устройство биогазовой установки

Энергосберегающая безотходная технология для комплекса: открытый грунт, животноводческая ферма, защищенный грунт

«Скарабей»

Фермерское хозяйство с замкнутым циклом экологически безопасного производства

Производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов

Гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля

Комплексное сельскохозяйственное производство в искусственной экосистеме

Получение красителей из отходов тыквы

Безотходная технология переработки винограда

Использованная литература, источники

Понятие «Безотходные и малоотходные технологии и производства»

Природные экосистемы в противоположность искусственным (производству) характеризуются, как известно, замкнутым обращением вещества. Причём отходы, связанные с существованием отдельной популяции, являются исходным материалом, обеспечивающим существование другой или чаще нескольких других популяций, входящих в данный биогеоценоз.

Биогеохимические циклы биогенных элементов, участвующих в природных круговоротах, отработаны эволюционно и не приводят к накоплению отходов. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно; при этом образуется огромное количество отходов.

Существующие технологии созданных человеком производств в подавляющем большинстве являются открытыми системами, в которых нерационально используются природные ресурсы и формируются значительные объёмы отходы. Правомерно, исходя из глубокой в биофизическом отношении аналогии между «биологическим» и «индустриальным» производствами с точки зрения механизма круговорота веществ и энергии, вести речь о формировании безотходных и малоотходных технологий в антропогенных производственных системах.

Несомненно, что создание безотходных производств - достаточно сложный и длительный процесс, требующий системы взаимосвязанных технологических, экономических, организационных. Психологических и других задач. Промежуточный его этап - малоотходное производство.

Под малоотходным понимается такой способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно - гигиеническими нормами.

Безотходные и малоотходные технологии в агропромышленном комплексе

Современное многофункциональное агропромышленное производство располагает значительной потенциальной базой для внедрения безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих комплексное использование вторичных сырьевых ресурсов.

Наиболее простым примером рационального подхода к безотходным и малоотходным технологиям в сельском хозяйстве может служить продуманная утилизация навоза, практиковавшаяся на ряде крупных животноводческих комплексов. Получаемый навоз использовали в качестве удобрения при выращивании кормовых культур, которые затем скармливали содержащемуся поголовью.

Биогазовые установки

Биогаз - общее название горючей газовой смеси, получаемой при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения).

Для эффективного производства биогаза из органического сырья создаются комфортные условия для жизнедеятельности нескольких видов бактерий при отсутствии доступа кислорода. Принципиальная схема процесса образования биогаза представлена ниже:

В зависимости от вида органического сырья состав биогаза может менятся, но, в общем случае, в его состав входят метан (CH4), углекислый газ (CO2), небольшое колическтво сероводорода(H2S), аммиака (NH3) и водорода (H2).

Так как биогаз на 2/3 состоит из метана - горючего газа, составляющего основу природного газа, его энергетическая ценность (удельная теплота сгорания) составляет 60-70% энергетической ценности природного газа, или порядка 7000 ккал на м3. 1м3 биогаза также эквивалентен 0,7 кг мазута и 1,5 кг дров.

Биогаз широко применяется как горючее топливо в Германии, Дании, Китае, США и других развитых странах. Он подается в газораспределительные сети, используется в бытовых целях и в общественном транспорте. Сегодня начинается широкое внедрение биогазовых технологий на рынках СНГ и Прибалтики.

Устройство биогазовой установки

Биогазовая установка осуществляет переработку органических отходов в биогаз, тепло и электроэнергию, твердые органические и жидкие минеральные удобрения, углекислый газ.

Описание процесса

1. Ежедневно субстрат собирается в яме и перед подачей в биореактор при необходимости измельчается и смешивается с водой до состояния, способного перекачиваться насосом.

Субстрат попадает в анаэробный биореактор. Биореактор работает по принципу расхода. Это значит, что в него с помощью насоса, без доступа воздуха поступает (6-12 раз в день) свежая порция подготовленного субстрата. Такое же количество переработанного субстрата вытесняется из биореактора в резервуар - хранилище.

Биореактор работает в мезофильном диапазоне температур 38-40С. Система обогрева обеспечивает необходимую для процесса температуру и управляется автоматически.

Содержимое биореактора регулярно перемешивается с помощью встроенного устройства гомогенизации.

Полученный биогаза после осушки поступает в блочную когенерационную установку, производящую тепло- и электроэнергию. Около 10% электроэнергии и 30% теплоэнергии (в зимний период) необходимы для работы самой установки.

Переработанный субстрат после биогазовой установки подается на сепаратор. Система механического разделения разделяет остатки брожения на твердые и жидкие фракции. Твердые фракции составляют 3-3,5% субстрата и представляют собой биогумус.

В качестве опции предлагается модуль LANDСO, перерабатывающей жидкую фракцию в жидкие удобрения и чистую (дистиллированную) воду. Чистая вода составляет 85% от объема жидкой фракции.

Оставшиеся 15% занимают жидкие удобрения:

Дальнейшее использование жидких удобрений зависит от наличия местного рынка и объема «свободной» теплоэнергии для кристаллизации твердой фракции, составляющей 2%. Как один из вариантов возможно испарение воды на вакуумном испарителе или в естественных условиях. Даже в жидком виде удобрения не имеют запаха и требуют незначительного по объему хранилища.

Работа БГУ непрерывна. Т.е. постоянно в реактор поступает свежий субстрат, сливается переброженный, сразу же разделяясь на воду, био- и минеральные удобрения. Цикл образования биогаза в зависимости от типа ферментора и типа субстрата составляет от нескольких часов до месяца.

В состав оборудования входит контроль качества биогаза, также при необходимости можно включить в состав оборудование по доведению биогаза до чистого метана. Стоимость такого оборудования на уровне 1-5% от стоимости БГУ.

Работа всей установки регулируется автоматикой. Число занятых на биогазовых станциях среднего масштаба не превышает 2 человек.

Мощность биогазовых станций, варьируется от 1 до нескольких десяткой млн куб. в год, электрическая мощность - от 200 кВт до нескольких десятков МВт. По расчетам специалистов в российских условиях наиболее рентабельными являются установки средней и большой мощности, свыше 1МВт.

Наиболее эффективной работы биогазовой станции можно добиться при соблюдении следующих условий:

Бесперебойной и бесплатной поставки сырья для работы установки

Полном использовании продукции биогазовой установки, прежде всего, электроэнергии на предприятии.

Энергосберегающая безотходная технология для комплекса: открытый грунт, животноводческая ферма, защищенный грунт

В открытом грунте выращивают сельскохозяйственные культуры. Зерно используют в качестве корма в животноводческих и птицеводческих предприятиях. Получаемые навоз и помёт направляют в биогазовую установку. Накапливаемый биогаз используют для обогрева теплиц, а остальные продукты в качестве удобрения в теплице.

«Скарабей»

Отходы - в доходы. Сегодня Хлевенский район стал местом, где ученые, политики и аграрии обсуждали, как сделать сельское хозяйство экономически выгодным и экологически безопасным. Участники форума «ЭкоРегион» пришли к выводу: без государственной поддержки предприятия за экологию не возьмутся. Переработка отходов сельского хозяйства - дело очень затратное. При этом сами аграрии признают: липецкий опыт, когда из отходов получают удобрения высокого качества, нужно внедрять. В том числе и на законодательном уровне.

В полезное удобрение - компост - навоз превращается не за год, а всего за 3-4 месяца. Стараются аэробные бактерии. Они перерабатывают навоз, просто поедая его. Помогает и чудо-машина. Ее изобрел американец Урбанзюк. Американский выдумщик назвал ее «Скарабеем», то есть навозным жуком.

Такие, казалось бы, приземленные материи требуют капитальных вложений. «Скарабей» стоит почти 15 миллионов рублей. На импровизированной выставке участникам форума показали образцы техники, которая работает на полях Липецкой области. География производителей - от Северной Америки до Австралии.

Фермерское хозяйство с замкнутым циклом экологически безопасного производства

Деятельность фермерского хозяйства - производство многоцелевой сельскохозяйственной культуры - топинамбура и переработка его на пищевые продукты, в частности на фруктозный сироп.

Для утилизации отходов и побочной продукции топинамбура предусмотрены доплнительные производства: свиноферма на 300 животных для скармливания жома, получаемого в производстве фруктозного сиропа, производство биогумуса с помощью вермикультуры (500т в год) на основе переработки свиного навоза, а также биокорма (1000т в год) на основе переработки зелёной массы топинамбура с помощью гриба вешенки. Кормовая ценность биокорма эквивалентна кормовой ценности фуражного зерна.

Производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов

Одним из важнейших направлений повышения эффективности современного производства является создание малоотходных и безотходных технологий, более широкое вовлечение в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов. В наибольшей степени этим требованиям отвечает производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов (свекловичного жома, яблочных, виноградных и цитрусовых выжимок, хлопковой створки и т. д.).

В России собственного пектинового производства нет. Продолжи­тельная ориентация на импортные поставки высокоэтерифицированного пектина негативно повлияла на его развитие в России. Техника и технология производства, научные исследования развивались недостаточно.

Сложившаяся ситуация свидетельствует о необходимости ор­ганизации в условиях России гибкого производства пектина с обязательным учетом экономических условий региона, конъюнктуры внутреннего рынка, ассортимента пектиносодержащих пищевых и лечебно-профилактических продуктов.

Специалистами НИИ биотехнологии и сертификации пищевой продукции КубГАУ под научным и техническим руководством профессора Л.В. Донченко разработана и внедрена в Венгрии новая технология пектина и пектинопродуктов, предусматривающая производство пектинового экстракта и концентрата. Это дает возможность для увеличения ассортимента пектиносодержащих консервных, кондитерских, хлебобулочных, макаронных и молочных изделий, безалкогольных напитков, бальзамов, лекарственных чаев.

Для расширения ассортимента и дальнейшего совершенствования технологии получения пектиновых веществ из различного растительного сырья и в рамках реализации инновационно-образовательной программы в УНИК «Технолог» - структурном подразделении НИИ биотехнологии и сертификации пищевой продукции - смонтирована единственная в стране линия по производству пектинового экстракта и концентрата, где сотрудники НИИ и аспиранты работают над расширением ассортимента напитков, содержащих пектин. Создано уже более 20 новых рецептур. Для постановки их на производство необходимо разработать техническую и технологическую документацию не только в соответствии с требованиями российского потребительского рынка, но и европейского.

Гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля

В 80-х годах прошлого столетия в НПО «Крахмалопродукт» была разработана гидроциклонная технология безотходной переработки картофеля на крахмалопаточных заводах, нашедшая, в частности применение в Брянской области (Климовский завод), в Чувашии (Яльчинский завод) и др.

При традиционном методе получения крахмала на кормовые цели используют лишь мезгу (клетчатку с остатками крахмала) - наименее ценную в питательном отношении часть клубня. Картофельный же сок, содержащий белки, микроэлементы, витамины, как правило уходит с водой в водоёмы, загрязняя их.

При гидроциклонном методе после гидроциклона мезга с соком разваривается и осахаривается с помощью ферментов, происходит частичная коагуляция белка. Затем масса проходит через центрифугу, сушилку, а оставшийся белковый гидролизат уваривается. В результате получается сухая, обогащенная белком мезга - ценный корм.

Примечательно, что при традиционной технологии на переработку 1т картофеля тратится порядка 15т воды, а при гидроциклонной на 1т расходуется 0,5т воды. Традиционный обеспечивает переработку за сутки 200т сырья, гидроциклонная рассчитана на 500т.

В Башкирии нашла применение безотходная технология сыроделия. Например, на Довлекановском сыродельном комбинате ежедневно на изготовление сыра используют 180т молока, но в конечный продукт превращается только двенадцатая часть этой массы (15т), остальное (165т) - сыворотка. Сепарирование её перед сушкой дат в год 60т дополнительно извлекаемого сливочного масла. Дальнейшие операции на вакуумно - выпарном аппарате превращают мутноватую жидкость в белый порошок (из 22 кг жидкости получают 1 кг сухого порошка), поступающий потом на различные пищевые цели (выработка плавленых сыров, мороженого, кондитерских изделий).

Комплексное сельскохозяйственное производство в искусственной экосистеме

Возможность стабилизации и улучшения качества окружающей среды путем более рационального использования всего комплекса природных ресурсов связана с созданием и развитием безотходного производства. Ресурсосбережение является решающим источником удовлетворения растущих потребностей народного хозяйства.

Важно добиться, чтобы прирост потребностей в топливе, энергии, сырье и материалах на 75-80% удовлетворялся в результате их экономии, т. е. максимального исключения потерь и нерациональных расходов. Важно широко вовлекать в хозяйственный оборот вторичные ресурсы, а также попутные продукты.

Под безотходной технологией понимают такой принцип организации производства, при котором цикл «первичные сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы» построен с рациональным использованием всех компонентов сырья, всех видов энергии и без нарушения экологического равновесия.

Безотходное производство может быть создано в рамках комбината, отрасли, региона, а в конечном счете - для всего народного хозяйства.

Примером естественного «безотходного производства» являются природные экосистемы - устойчивые совокупности совместно обитающих организмов и условий их существования, тесно связанные друг с другом. В этих системах осуществляется полный круговорот веществ. Конечно, экосистемы не вечны и развиваются во времени, но они обычно настолько устойчивы, что способны преодолевать даже некоторые изменения внешних условий.

В определении безотходного производства учитывается стадия потребления, что налагает ограничения на свойства производимых продуктов потребления, влияет на их качество. Главные требования - надежность, долговечность, возможность возвращения в цикл на переработку или превращения в экологически безвредную форму.

Важнейшей составной частью концепции безотходного производства являются также понятия нормального функционирования окружающей среды и ущерба, наносимого ей отрицательным антропогенным воздействием. Концепция безотходного производства основывается на том, что производство, неизбежно воздействуя на окружающую среду, не нарушает ее нормального функционирования.

Создание безотходного производства представляет собой длительный и постепенный процесс, требующий решения ряда взаимосвязанных технологических, экономических, организационных и других задач. В основу создания безотходного промышленного производства на практике должны закладываться в первую очередь принципиально новые технологические процессы и оборудование.

1.2 Критерии безотходности

В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными и безотходными.

Однако возникает вопрос, какая допустимая часть сырья и материалов при малоотходном производстве может направляться на длительное хранение или захоронение? В этой связи в ряде отраслей промышленности России уже имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемые долей полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он уже превышает 80%.

В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства рассчитывается по формуле:

K б п = 0.33 * (К б т + К б ж + К б г),

где К б т, К б ж, К б г -- коэффициенты использования соответственно породы, образующейся при горных работах, попутно забираемой воды при добыче угля (сланца) и использования пылегазовых отходов.

Как известно, добыча угля является одним из самых материалоемких и экологически сложных в народном хозяйстве процессов. Для этой отрасли установлено, что производство является безотходным (правильнее -- малоотходным), если коэффициент безотходности превышает 75%. В случае использования наряду с вновь образующейся породой отвалов прошлых лет, коэффициент безотходности может быть более 100%.

Вероятно, в первом приближении для практических целей значение коэффициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75% и выше, можно принять в качестве количественного критерия малоотходного, а 95% -- безотходного производства и в ряде других материалоемких отраслей народного хозяйства. При этом, безусловно, должна учитываться токсичность отходов.

Безотходная технология -- это идеальная модель производства, которая в большинстве случаев в настоящее время реализуется не в полной мере, а лишь частично (отсюда становится ясным и термин «малоотходная технология»). Однако уже сейчас имеются примеры полностью безотходных производств. Так, в течение многих лет Волховский и Пикалевский глиноземные заводы перерабатывают нефелин на глинозем, соду, поташ и цемент по практически безотходным технологическим схемам. Причем эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10-15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами.

Безотходные и малоотходные производства (технологии)

По мере развития современного производства наряду с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий. Актуальность данной проблемы обусловлена следующими обстоятельствами.

Биосфера функционирует по принципу встроенности систем: каждая форма конструируется за счет деструкции других форм, составляя звено всеобщего кругооборота вещества в природе. Производственная деятельность вплоть до самого последнего времени строилась по другому принципу - максимальной эксплуатации природных ресурсов и игнорирования проблемы деструкции отходов производства и потребления. Этот путь был возможен лишь до тех пор, пока масштабы отходов не превышали границ способности экологических систем к самовосстановлению.

Между индустрией и окружающей средой до сих пор доминирует открытый тип связи. Аграрное производство гоже является открытой системой. Производственный процесс начинается с использования природных ресурсов и завершается превращением их в средства производства, предметы потребления. За процессом производства следует процесс потребления, после чего использованные продукты выбрасываются. Таким образом, открытая система базируется на принципе одноразового использования вещества природы.

Производственная деятельность начинается с использования некоторых новых природных ресурсов, а потребление заканчивается выбросами отходов в окружающую среду. Как было показано выше, весьма небольшая часть природных ресурсов превращается в целевые продукты, большая часть их попадает в отходы.

На основании этого можно говорить о существовании двух условных типов (моделей) общества: одноразового потребления (расточительное общество), создающего отходы и где производство носит многоотходный характер, и природосберегающего, где производство организовано на безотходных и малоотходных технологиях (рис. 6.10).

Таким образом, объективно возникает потребность перехода к принципиально новой форме связи - к замкнутым системам производства, предполагающим, возможно, большую автономность производства, исключение встроенности производственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе.

При замкнутой системе производство строится, опираясь на следующие фундаментальные положения:

• максимальное использование исходного природного вещества;
• максимальное использование отходов (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для последующих ступеней производства);
• создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и потребления могли быть ассимилированы естественными экологическими системами;
• снижение количества отходов потребления путем выпуска товаров с меньшей массой, в биоразлагаемой упаковке, с полной их утилизацией еще до попадания в окружающую среду.

Принцип безотходности в общепринятом понятии сводится к тому, что при разработке и проектировании нового производства:

Применяют системный подход;

Рис. 6.10. Структурная схема общества одноразового потребления (а) и природосберегающего (б) соответственно

• комплексно используют ресурсы;
• учитывают цикличность материальных потоков;
• ограничивают воздействие на окружающую среду;
• рационально организовывают производственный процесс.

В соответствии с принципом системности каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы всего промышленного производства в регионе и на более высоком уровне - как элемент эколого-экономической системы в целом, включающей кроме материального производства и другой хозяйственно-экономической деятельности человека природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания. Таким образом, принцип системности, лежащий в основе создания безотходных производств, должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений Правительства РФ. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях процесса, отдельного производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы.

Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газо- оборотные циклы. В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. В качестве эффективных путей формирования цикличных материальных потоков и рационального использования энергии можно назвать комбинирование и кооперацию производств, создание ТИК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования.

К не менее важным принципам создания безотходного производства необходимо отнести требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Следует подчеркнуть, что реализация этого принципа осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.

Общим принципом создания безотходного производства является также рациональность его организации. Определяющими здесь являются требование разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго-, материалоемкости и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и ущерба ей, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным при достижении этой цели является разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств.

Отсюда можно заключить, что безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

Стратегия безотходной технологии исходит из того, что неиспользуемые отходы являются одновременно не полностью использованными природными ресурсами и источником загрязнения окружающей среды. Снижение удельного выхода неиспользуемых отходов в расчете на товарный продукт технологии позволит произвести больше продукции из того же количества сырья и станет вместе с тем действенной мерой по охране окружающей среды. Биосфера дает нам природные ресурсы, из которых в сфере производства получаются конечные продукты, при этом образуются отходы. Продукты применяются либо в сфере производства, либо в сфере потребления, и вновь образуются отходы. Практически всегда при необходимости после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье (вторичные материальные ресурсы) или как вторичные носители энергии (вторичные энергоресурсы). Если по техническим или технологическим причинам невозможно или экономически невыгодно перерабатывать отходы, то их необходимо вводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.

Можно составить следующий баланс но сферам производства и потребления исходя из закона сохранения материи:

где А - масса образующихся отходов в сферах производства и потребления, кг/с; R - расход природных ресурсов, кг/с; S - масса веществ, накапливающихся в сферах производства и потребления вследствие постоянного роста производства, кг/с; f t - средний коэффициент использования отходов, кг/кг.

Снижение удельного количества неиспользуемых отходов производства и тем самым удельного расхода природных ресурсов возможно за счет:

• уменьшения удельного выхода отходов;
• повышения коэффициента использования отходов;
• рециклинга, т.е. утилизации отходов потребления в производстве.

Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей,

так и от экономических условий. С одной стороны, первичная цель безотходной технологии заключается в таком уменьшении выводимой в единицу времени в биосферу массы неиспользованных отходов, при котором будет сохраняться естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов. С другой стороны, крайне необходимы безотходные технологии, которые в качестве сырья используют отходы потребления. Такие технологии имеют двойную экологическую эффективность.

К настоящему времени при создании безотходных технологий определились следующие основные подходы:

• разработка бессточных технологических схем и водооборотных циклов на базе эффективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков;
• разработка технологических циклов с замкнутым воздухооборотом;
• замена воды в технологии на легко утилизируемые среды;
• замена воздуха на кислород и другие газы;
• разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов, исключающих образование любых видов отходов;
• создание территориально-промышленных комплексов, т.е. экономических районов, в которых реализована замкнутая система материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса;
• утилизация отходов в качестве вторичных материальных и энергетических ресурсов;
• использование отходов для переработки других отходов;
• сокращение массы отходов за счет уменьшения материалоемкости технологий.

Формулировка понятия безотходной технологии не должна восприниматься абсолютно, т.е. не следует думать, что возможно производство без отходов, однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. В реальных условиях полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически (подобно тому, что в соответствии со вторым законом термодинамики нельзя как полностью перевести энергию в полезную механическую работу, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный экологически безопасный продукт). Другими словами, полностью безотходная технология - это идеальная система, к которой должен стремиться всякий реальный технологический цикл, и чем больше будет степень приближения, тем меньшую экологическую опасность будет представлять данное производство.

Создание безотходных производств относится к весьма сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого является малоотходное производство. Под малоотходным следует понимать такое производство, результаты которого при воздействии их на окружающую среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами, т.е. ПДК. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение.

В некоторых случаях используют понятие «экологически чистая технология», подразумевая под этим такой метод производства, при котором сырье и энергия применяют настолько рационально, что объемы выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены к минимуму.

Поскольку степень экологической чистоты будет определяться степенью приближения малоотходной технологии к идеальной модели, то необходимо ввести соответствующие коэффициенты, оценивающие приближение малоотходной технологии к безотходной.

Имеется ряд подходов к определению безотходное™ производства: экспериментальная оценка, оценка по сырьевому и энергетическому балансам, по общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.

Общий баланс относительной токсичности массы вредных веществ определяется следующим выражением:

где М с + М в - сумма отходов, поступающих в окружающую среду со сточными водами и газовыми выбросами; ?М Н - масса нейтрализованных отходов, ХМ р - масса рассеянных отходов.

Относительную экологичность типового процесса, технологической линии, цеха можно определить по выражению

Если А -> 0, то процесс стремится к безотходному состоянию.

Для количественной оценки безотходное™ производств рекомендуется использовать коэффициент безотходности, который учитывает различные факторы в зависимости от отрасли народного хозяйства.

Так, для угольной промышленности коэффициент безотходности К С) предложено определять по выражению

где К п - коэффициент использования породы в результате горных работ; К к - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля; К пг - коэффициент использования нылегазовых отходов. Для химической промышленности коэффициент безотходности

где К м - коэффициент полноты использования материальных ресурсов; К:) - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; К ЭТ - коэффициент соответствия экологическим требованиям. Значения первых двух коэффициентов находят с учетом данных о материальном и энергетическом балансах.

Значение коэффициента К эт определяется по выражению

где Г) г, г| а, г| л - коэффициенты соответствия экологическим требованиям для гидросферы, атмосферы и литосферы соответственно.

Коэффициент r v определяется но выражению

где п - число загрязняющих веществ, содержащихся в жидких отходах, отводимых в водные объекты (гидросферу); В { - фактический сброс z-го ингредиента (вещества) в единицу времени, НДС,- - предельно допустимый сброс г-го ингредиента в единицу времени; ПДК, - предельно допустимая концентрация г-го ингредиента для водоема данного вида водопользования.

Если В,

Если данные о НДС отсутствуют, то расчет ведут по выражению

где Сj - концентрация г-го ингредиента.

При сбросе в водоем нескольких загрязняющих веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности должно выполняться следующее условие:

Методика расчета коэффициента Г| а аналогична выше рассмотренной. Коэффициент г| л в настоящее время принимается равным единице. Если значение коэффициента К эт К эт единице рассчитывают коэффициенты К м и К э или только один коэффициент К м. Для целевого продукта коэффициент К м определяется по выражению

где М оп - материалы основного производства; М вп - материалы вспомогательного производства; 0 оп - отходы основного производства; ОТ оп - отбросы основного производства; П оп - потери основного производства.

В случае если К м лежит в интервале 0,9-1,0, то производство считается безотходным, при нахождении К м в интервале 0,8-0,9 - малоотходным, при значении К м

В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса с учетом взаимодействия с окружающей средой за критерий безотходное™ принимается коэффициент экологического действия:

где В т - теоретическое воздействие, необходимое для производства; Вф - фактическое воздействие; В п - воздействие, определяемое конкретным производством.

Если Вф К ш -> 0, т.е. данное производство совершенно не учитывает требований экологической безопасности, что ведет к так называемому экологическому просчету. Чем выше значение коэффициента К эд, тем более совершенным является производство с учетом воздействия на окружающую среду и тем более существенно оно приближается к безотходной технологии.

Социально-экономический эффект (СЭЭ) безотходных производств можно оценить по комплексному критерию:

где? Э, - сумма всех эффектов, достигаемых при внедрении безотходного производства; У - ущерб от загрязнения окружающей среды отходами производства и потребления; З п - полные затраты на создание безотходного производства.

При наличии нескольких вариантов должен быть выбран вариант с наибольшим СЭЭ при минимальных значениях З п.

Таким образом, сочетание прогрессивных технологий с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые производства, отвечающие требованиям малоотходное™ и экологической безопасности.

Широкое применение безотходных и малоотходных технологий-важное направление защиты окружающей среды от негативного воздействия промышленных отходов. Использование очистных устройств и сооружений не позволяет полностью лок кализуваты токсичные выбросы, а использование более совершенных систем очистки всегда сопровождается экспоненциальным ростом затрат на процессы очистки даже тогда, когда это технически возможноо.

Согласно решению. ЕЭК. ООН и. Декларации о малоотходных и безотходных технологий, а также об использовании отходов принято формулировка:"Безотходная технология является практическим использованием знаний, методов и средств для того, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую средувище".

Малоотходная технология является промежуточным этапом при создании безотходного производства. При малоотходных производстве вредное воздействие на окружающую среду не превышает допустимые уровни, но из-за технических, экономических и организационные причины часть сырья и материалов превращается в отходы и направляется на длительное хранениея.

Основой безотходных производств является комплексное переработки сырья с использованием всех его компонентов, поскольку отходы производства - это неиспользованная часть сырья. Большое значение при этом н приобретает разработка ресурсосберегающих технологиий.

Целесообразность использования отходов доказано практической работой многих предприятий различных отраслей промышленности

К основным задачам малоотходной и безотходной технологий относятся:

Комплексное переработки сырья и материалов с использованием всех их компонентов на базе создания новых безотходных процессов;

Создание и выпуск новых видов продукции с использованием требований повторного использования отходов;

Переработка отходов производства и потребления с получением товарной продукции или любое эффективное их использование без нарушения экологического равновесия;

Использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;

Создание безотходных территориально-производственных комплексов и экономических регионов

В машиностроительной промышленности разработки малоотходных технологических процессов прежде всего связано с необходимостью увеличения коэффициента использования металла (КИМ), в деревообработке - увеличение коэффициентов ициента использования древесины (КИД) тощ.

В литейном производстве используются быстротвердеющие формовочные смеси. Этот процесс, при котором происходит химическое отвердение форм и стержней, прогрессивный не только с технологической, но и с. Санита тарно-гигиенического осмотра благодаря значительному сокращению пылевыделения. Коэффициент использования металла при таком литье увеличился до 95-98 %.

Новая технология изготовления разовых литейных форм предложила английская фирма"Бут", которая вообще отказалась от использования формовочных смесей с органическими связующими веществами. Увлажненный в водой песок формируется, а затем быстро замораживается жидким азотом. Полученные в таких формах отливки из чугуна и цветных сплавов имеют надлежащую структуру и гладкую поверхндку поверхню.

При термическом обработке металлов значительный интерес вызывают новые производственные методы, основанные на проведении процессов в замкнутых объемах с минимальным расходом исходных материалов и без выделения я продуктов химической реакции в окружающую среду распространенным является циркуляционный метод насыщения металлов и сплавов с использованием специальных установок (рис 63), в которых рабочее пространство герметичный поток создается реверсивных вентиляторовром.

Рис 63. Схема циркуляционных установок : а - камерная муфельная;

бы - шахтная муфельная; в - камерная безмуфельных г - шахтная безмуфельных

В отличие от прямотичного газового метода, при котором в атмосферу выбрасываются вредные вещества, циркуляционный метод уменьшает вредность технологического процесса химико-термической обработки металлов

Сейчас широко используют прогрессивный метод ионного азотирования (рис 64), который по сравнению с печным значительно экономичнее, повышает коэффициент использования электроэнергии, нетоксичен и соответствует вы имогам защиты окружающей средыща.

Рис 64. Схема электропечи для ионного азотирования : 1,2 - нагревательные камеры 3 - подвеска детали 4 - термопара б - обрабатываемые детали, 6, 7 - разъединитель, 8 - тристорне источник питания, 9 - блок измерения и регулирования температуры, 10 - газопром риготувальна установка, 11 - вакуумный насо

С целью улучшения экологического состояния в прокатном производстве широко используют новую технологию прокатки стали - винтовое прокатки металла (рис 65) для получения пустотелой спиральной буро овой стали. Такая технология прокатки металла позволила отказаться от дальнейшего металлообработки, не только сэкономить металл на 10-35%, но и улучшить условия труда рабочих и экономическое положение с авдякы снижению запыленности воздуха в шахтах, шума и вибрации на рабочих местацях.

Огромное количество промышленных отходов на сегодня накапливается в лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленностях. Отходами здесь ветви и сучья деревьев на лесосеках, куски древесины, кора, опилки, с затвердли остатки синтетических смол, лакокрасочных материалов и т.д.. Широкое внедрение в эти отрасли лесного комплекса безотходной и малоотходной технологии является одним из важнейших задач, стоящих перед предприятиями этой отраслизі.

Рис 65. Способы прокатки пустотелого буровой стали : а - прошивки б - редуцирования; в - формирование

Степень использования древесных отходов при безотходной или малоотходные технологии можно характеризовать коэффициентом ее использования, определяется по формуле

где. Уоем ~ объем основной продукции, изготавливаемой из древесным;. Удод - объем дополнительной продукции, которая производится из отходов основной продукции (горбыль, технологическая щепа, технологическая опилки клееные заготовки, товары народного потребления, топливо и др.), м8;. Ус - объем поступающего сырья в производство, м3.

Примером безотходной технологии в лесозаготовительном производстве может быть полное переработки срезанного дерева на основную продукцию (пиловочник, фанерный кряж, рудничный стояк и др.) и всех отходов от основной продукции (видторцювання, ветви, корневища, листья-шпильки и др.) на производство дополнительной продукции (технологическая щепа, дрова, хвойная мука, пищевые продукты, органические удобрения и др.н.).

Примером безотходной технологии в деревообрабатывающей отрасли можно считать агрегатное лесопиления, когда вместе с пиломатериалами образуется технологическая щепа, что в дальнейшем является сырьем для производства деревьев востружкових, древесноволокнистых плит, целлюлозы тощ.

На рис 66 приведена схема промышленного использования отходов лисопиляльно-деревообрабатывающих производств

Аналогичные примеры безотходных технологий можно привести при производстве шпона, клееной фанеры, тары, паркета, мебельных и столярных изделий и др.

С целью рационального комплексного использования всей древесины в лесопромышленном комплексе важным является выявление всех отходов от основного производства, для чего целесообразно составления баланса древ н.

В табл 64, 65 приведен баланс древесины в лисопиляльному производстве

Одним из важнейших факторов, влияющих на переход к безотходной технологии на лесоперерабатывающих предприятиях, является несовершенная методика определения объема лесоматериалов только по диаметру сортимент ту и его длиной на основе таблиц объемов. Поэтому необходимо на лесоперерабатывающих предприятиях является переход к искусственному определения объемов круглых лесоматериалов, пилопродукции и отходов с помощью с участниками измерительной техники, которая широко используется в странах. Западной. Европы и. Америки. Это позволило бы полнее использовать все древесные отходыди.

Перспективным для охраны окружающей среды является вибрационное резки и голкофрезерування древесины, которые не сопровождаются образованием опилок и пыли

Рис 66. Схема промышленного использования отходов лесопильно-деревообрабатывающих производств

Таблица 64. Баланс древесины в лисопиляльному производстве при комплексном использовании пиловника

Таблица 65. Баланс древесины при раскройке пиломатериалов на заготовки

С проблемой утилизации отходов сталкивается любой владелец бизнеса, связанного с каким-либо производственным процессом. Особенно актуален этот вопрос для тех производителей, у которых отходы производственного процесса попадают под категорию экологически вредных, и поэтому в таком случае очень важным моментом в разработке инвестиционного проекта является учет затрат на вторичную переработку или утилизацию отходов.

В сущности, как такового производства без отходов не бывает в принципе, отходы производства есть всегда в виде энергии, жидкие и твердые, и поэтому под понятием «» следует понимать «малоотходное производство». Поэтому для любого производства очень важна вторичная переработка отходов, которая будет способствовать снижению затрат.

Виды производства и отходов, которые они создают

Производства, в результате которых получаются отходы условно можно поделить на два вида. Первый вид – это производства, где преобладает механическая обработка сырья без нарушения целостности его внутренней структуры. К этому виду относится металлообработка, лесная и деревообрабатывающая промышленность. В результате этого производства получается готовая продукция и отходы. Ко второму виду относятся производства с комплексными системами переработки сырья, у которых в результате физико-химических воздействий в процессе обработке получаются побочные продукты и отходы. К этому типу производства относится нефтехимическая промышленность и нефтепереработка, химическая и коксохимическая промышленность, цветная и черная металлургия.

Таким образом, получается, что отходы – это сырье непригодное для производства данного вида продукции. Отходы производственного процесса – это остатки материалов, которые получаются в процессе изготовления, и которые частично или полностью утратили свои характеристики.

Например, в горной, угольной или деревообрабатывающей промышленности отходы не меняют своей структуры. В химической же промышленности, нефтепереработке, металлургии отходы поддаются физико-химическому воздействию и создают в результате новые продукты.

Отходы потребления – это машины, оборудование, изделия, которые утратили свои рабочие характеристики в результате износа.

В свою очередь отходы можно поделать на: оборотные, то есть те, которые можно использовать без доделки в качестве сырья, обязательные технологические потери: сушка, испарение, чад, распыление, и отбросы – это материал, который нельзя или экономически не выгодно использовать в хозяйстве или производстве.

Что такое малоотходное производство?

Безотходное производство или, корректнее сказать, малоотходное, – это процесс, когда сырье, которые получается в результате производства идет на вторичную переработку, а вредное влияние на внешнюю среду сводится до минимума. По своей сути малоотходное производство – это комплекс мер, которые способны обеспечить использование сырья, не нанося ущерба окружающей среде. Применение малоотходных технологий поможет существенно снизить затраты на установку очистительных систем и оборудования, в некоторых случая вторичная переработка отходов может служить источников дополнительного дохода.

К сожалению, надо отметить, что переработка отходов не всегда может быть рентабельной. Например, множество отходов цветной и черной металлургии перерабатывать вторично просто экономически не выгодно. Однако, это не касается тех выбросов, которые несут опасность окружающей среде. В случае если производство дает опасные или токсичные отходы, то, согласно экологическому законодательству, предприятие должно позаботиться о закупке специального очистного и перерабатывающего оборудования. К таким опасным соединениям относятся различные выбросы серы, теллура, селена, цинка и меди.

Особенности организации безотходного производства

Безотходное производство имеет свои особенности и для эффективной организации их надо учитывать. Для того чтобы наиболее оптимально организовать малоотходные технологии, нужно, чтобы между компаниями, которые составляют единую систему малоотходного комплекса были налажены тесные связи, особенно в том случае, когда отходы одного предприятия – это сырье для другого.

Если комплекс таких предприятий еще и компактно размещен, то они могут быть объединены в комбинат. Например, это может быть металлургический комбинат полного производственного цикла, который изготавливает чугун, сталь и прокат черных металлов и может одновременно включать в себя коксохимический завод по переработке каменного угля на сырье для доменного производства. Газы, которые имеют в своем составе азот, будут служить источником сырья для производства азотных удобрений, синтетического каучука, пластмасс, синтетических смол, резиновотехнических изделий. После переплавки чугуна, остается шлак, который в свою очередь является сырьем для строительной и цементной отрасли, во время обработки металла выделятся газы – сырье для химической промышленности.

Таким образом, наиболее эффективная форма организации малоотходного производства – это комбинирование смежных производств в единую систему, в которой будут работать разные отрасли промышленности. При такой организации производства, значительно снижаются затраты, растет эффективность производства и создаются оптимальные условия для функционирования малоотходного производства.