Принципы реорганизации индустриального производства в малоотходное экологически чистое производство

Для того, чтобы реорганизовать индустриальное производство в экологически чистое (замкнутое) производство необходимо соблюдение следующих принципов:

1. Объединение отдельных специализированных производств в систему комплексных производств – ТПК.

2. Объединение разнотипных производств с целью повышения КПД использования материалов, сырья и энергии.

3. Достижение безотходности производства за счет:

- передачи отходов от одного производства к другому и образования производственных цепей П₁® П₂® …® П_n (отходы равны нулю);

- минерализации отходов до простых химических соединений (СО₂, соли металлов, оксиды и др.), которые снова могуь стать сырьем;

- создания внутрикомплексного производства (биогеоценоза) особых подсистем, собирающих отходы и перерабатывающих их в гумус, почву, морской и речной ил и др.);

- захоронения (депонирования) в глубинах земли отходов и образование в дальнейшем за счет начального защитного природного потенциала природных систем и их самовосстановительной способности аналогов торфа, каменного угля, известняка.

4. Включение всех видов БП (биогеноценозов) в биосферу, обеспечивающую глобальное равновесие геохимических превращений.

5. Строгий количественный баланс мощностей всех производств и потребителей готовой продукции.

3.7 Рециркуляция водных потоков и создание оборотных

систем водоснабжения

Как уже говорилось ранее, главное условие экологизации производства – рециркуляция, за счет которой увеличивается количество возвращенной в цикл воды и сокращается потребление потока В (воды и воздуха). Рассмотрим подробнее реализацию принципа цикличности материальных потоков на примере организации замкнутых систем водоснабжения промышленных предприятий. Различают прямоточную и оборотную схемы водоснабжения. Эти схемы представлены на рис. 3.1 (а, в)

А б

Рис. 3.1 Схемы водообеспечения промышленных предприятий:

а – прямоточная; б – оборотная.

Обозначения, используемые на рисунке: Q_ист. – вода, подаваемая из источника на производственные нужды; Q_потр. – вода, безвозвратно потребляемая на предприятии; Q_ун. – вода, теряемая на испарение и унос из охладительных установок; Q_шл. – вода, удаляемая со шламом; Q'_об. – оборотная вода после прохождения охладительных установок; Q" _об. – оборотная вода после очистных сооружений.; Q_сбр. – вода, сбрасываемая в водоем.

Если на предприятии используется вода прямоточного водоснабжения, то вся вода забираемая из водоема (Q_ист.) после использования в различных технологических процессах возвращается в водоем, за исключением того количества воды (Q_потр.), которое безвозвратно расходуется в производстве (за счет разбрызгивания, испарения и т.д.) и удаляется вместе со шламом (Q_шл.).

При оборотном водоснабжении в производстве используются сточные воды после их очистки. Свежая вода забирается из водоемов лишь для компенсации безвозвратно теряемой воды.

Поскольку в зависимости от профиля предприятия на нем может образовываться до 10 различных видов сточных вод, выбор системы водоотведения имеет большое значение. Системы водоотведения промышленных предприятий делятся на общесплавные и раздельные. Схема общесплавной системы приведена на рис. 3.2

Рис. 3.2 Общесплавная система водоотведения промышленного предприятия

Общесплавную систему водоотведения обычно применяют на небольших промышленных предприятиях с малым расходом воды в том случае, если состав производственных сточных вод близок по составу к бытовым стокам и если существует возможность попадания в дождевые воды загрязнений, характерных для производственных сточных вод. При использовании общесплавной системы водоотведения производственные сточные воды, а также бытовые и атмосферные стоки отводятся на единые очистные сооружения.

Существуют различные типы раздельных систем отведения:

- с локальными очистными сооружениями;

- с частичным оборотом производственных вод;

- с полным оборотом производственных и бытовых стоков;

- с полным оборотом всех сточных вод.

Применение системы с локальными очистными устройствами целесообразно, если в сточных водах некоторых цехов или участков содержатся специфические загрязнения (например тяжелые металлы).

Раздельную систему с частичным водооборотом ПСВ применяют в том случае, если существует возможность повторного использования некоторых ПСВ после частичной очистки или охлаждения для водоснабжения конкретных цехов или участков предприятия.

Раздельная система водоотведения с полным оборотом всех сточных вод называется бессточной системой водопользования или замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия. Ее целесообразно применять при большом расходе ПСВ и небольшом расходе воды из источника.

В зависимости от конкретных условий на предприятии возможно создание нескольких систем очистки с вариантами объединения различных видов стоков, а также создание нескольких оборотных централизованных систем. Примеры различной организации раздельной системы водоотведения с использования локальных очистных систем приведены на рис. 3.3 (а, б).

На рисунке (а) приведена схема организации экозащитного процесса с использованием локальных очистных установок для очистки разделенных стоков (стоков ванн промывки и стоков гальванических ванн). Такая схема обеспечивает возможность возврата в технологический цикл реагентов хромирования и многократное использование технологической воды.

На рисунке (б) приведена схема локальной очистки усредненных стоков ванн промывки и гальванических ванн.

а

б

Рис. 3.3 (а, б) Схемы организации технологического процесса с использованием локальных очистных установок

В обоих случаях приведенные схемы процессов являются малоотходными, так как и вода, и реагенты (в виде солей или чистых металлов) возвращаются в технологический цикл на данном производстве или могут использоваться в металлургии. Однако, выбор технологической схемы зависит от конкретных условий, экономической рентабельности и может быть произведен после анализа всех химико-технологических и экологических факторов.

Эффективность использования воды в производстве оценивается рядом показателей:

1. Процент оборота воды: Р_об =Q_об/(Q_об+Q_и)

2. Коэффициент использования воды: К_и= (Q_и – Q_сб)/Q_и; К_и 1

3. Кратность использования воды: n= (Q_cб+Q_и+Q_с)/(Q_и+Q_с); n> 1

4. Безвозвратное потребление воды и ее потери в производстве (в %):

К_п=(Q_и – Q_сб)/(Q_об + Q_и) 100,

где Q_об – количество оборотной воды,; Q_и – количество воды, забираемой из источника водоснабжения; Q_сб – количество воды, сбрасываемое предприятием; Q_с – поступление воды из сырья. Все объемные расходы даны в м³/ч.

Основные требования, предъявляемые к созданию замкнутых систем водоснабжения, можно сформулировать следующим образом:

- водоснабжение, канализация и очистка сточных вод рассматриваются как единая система водного хозяйства предприятия или региона;

- основу технического водоснабжения создает многократное использование воды, прежде всего, без очистки, а затем частично очищенной до качества, определенного условиями использования;

- очистка сточных вод должна, в первую очередь, ориентироваться на регенерацию локальных потоков отработанных технологических растворов и воды;

- методы очистки должны обеспечивать одновременное извлечение и утилизацию ценных компонентов (очистка в этом случае рассматривается не как вспомогательная, а как основная операция производства продукта).

Оборотная вода должна соответствовать определенным значениям показателей: карбонатной жесткости, рН, содержанию взвешенных веществ и биогенных элементов, значению ХПК (химическая потребность в кислороде) и др. Качество воды, используемой для технологических процессов, должно быть выше, чем воды, находящейся в оборотных системах. Качество воды, используемой в производстве, устанавливается в каждом случае в зависимости от ее назначения и требований технологического процесса с учетом состава используемого сырья, применяемого оборудования и особенностей готового продукта производства.

Оценка систем водного хозяйства предприятия производится путем сравнения некоторых показателей, таких как: удельный расход воды на единицу продукции, удельный расход реагентов, абсолютное количество товарного продукта, себестоимость, рентабельность и т.д. Для создания замкнутых систем водоснабжения промышленные сточные воды подвергают очистке различными методами, которые будут рассмотрены далее.

Лекция 14

3.8 Критерии безотходности и экологичности производства

При организации малоотходного производства необходимо определить, какая часть сырья и материалов может быть направлена на длительное хранение или захоронение. Для этого в ряде отраслей промышленности России имеются количественные показатели оценки безотходности. В цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности, определяемый долей полезных веществ, извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству (в %). На некоторых предприятиях он превышает 80%. В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства: К_б.п. = 0, 33(К_б.т. +К_б.ж. +К_б.г.), где К – коэффициенты использования породы, попутно забираемой воды и использования пылегазовых отходов. В первом приближении для практических целей значение коэфициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75% и выше можно принять в качестве количественного критерия малоотходного производства, а 95% - бехзотходного производства. При этом должна учитываться токсичность отходов.

В химической промышленности используется коэффициент безотходности К_б. Этот коэффициент характеризует полноту использования минеральных и энергетических ресурсов, а также определяет интенсивность воздействия данного химического производства на окружающую среду. Он является безразмерной величиной и лежит в интервалах от 0 до 1, выражается следующей формулой:

К_б= , где

- коэффициент пропорциональности, определяемый эмпирически;

К_м – характеризует полноту использования материальных ресурсов, его можно рассчитать, зная массу основной продукции, массу основного сырья и материалов основного производства, массу дополнительного сырья и материалов;

К_э – характеризует полноту использования энергетических ресурсов,

К_э=КПД _{факт.тепл}. /КПД _{теор.тепл}.;

К_а – коэффициент соответствия экологическим требованиям, рассчитывается с учетом фактического ущерба (руб/год) и допустимого ущерба, который возникает в случае соответствия сбросов ПДК (руб./год). Если расчетные значения К_б лежит в пределах 0, 75 – 0, 8, то производство относится к малоотходному, а при К_б=0, 9 – 0, 98 - к безотходному.

Эффективность процессов очистки напрямую связана с уровнем загрязнения окружающей среды промышленным производством, на котором они используются. Чем выше эффективность используемых процессов, тем меньше загрязнение ОС. Экологическая оценка влияния промышленного производства на ОС производится по следующим показателям:

- достигаемой степени очистки вредных выбросов (ПДК, остаточные концентрации);

- уровню загрязнения окружающей среды;

- капитальным и эксплуатационным затратам на экозащитную технику и др.

В качестве критерия оценки рекомендуется использовать индекс относительной токсичности массы (ОТМ) – I₀= , где ПДК_i и ПДК_э – предельно допустимые концентрации веществ, соответственно сравниваемого и принятого за эталон. Эталонные ПДК составляют 1 мг/л (для воды). Подробно методы оценки токсичности отходов и сбросов рассматриваются в курсе практических занятий.

Коэффициент экологического действия может также определяться как:

Кэ = , где В_т – теоретическое действие, необходимое для производства,
В_ф – фактическое воздействие. Если В_ф > > В_т, то К® 0, т.е. данное производство абсолютно не учитывает требований экологической безопасности., и наоборот, чем больше значение К_э, тем больше производство приближается к безотходному.

Целесообразно также рассчитать экономический эффект от рационального использования сырья и ресурсов Э=Э_и.о..+Э_у+Э_р, где Э_и.о. – экономический эффект от использования отходов производства, Э_р- эффект от снижения затрат на добычу сырья (региональный эффект); Э_у – эффект от предотвращения социально-экономического ущерба от загрязнения ОС.

Рассмотренные выше показатели качества окружающей среды обладают следующими недостатками:

1. Они не учитывают одновременного влияния на ОС химического, технологического и экологического факторов соответствующего процесса.

2. Их расчет достаточно сложен и не всегда возможен из-за отсутствия необходимых данных о материальных и энергетических характеристиках процесса, его экологичности.

Для оценки воздействия промышленного производства на окружающую среду и, в первую очередь, эффективности ее защиты можно использовать безразмерные критерии, учитывающие влияние на ее состояние вышеперечисленных факторов производственного и экозащитного процессов [17]. Они, в принципе, аналогичны критериям подобия (Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля и др.), которые используют при физическом моделировании.

Основные требования, предъявляемые к критериям:

1. Они должны учитывать влияние на состояние окружающей среды химического, технологического и экологического факторов производственного и экозащитного процессов.

2. Математическая структура рассматриваемых критериев должна быть простой. При любых значениях переменных, входящих в его состав критерий должен быть определен количественно (не должны присутствовать неопределенности типа или ).

3. Эти критерии должны быть безразмерными.

4. Для расчета критериев достаточно использовать минимальное количество имеющихся исходных данных.

5. Они должны с удовлетворительной точностью характеризовать загрязнение окружающей среды, возникающее при воздействии промышленного предприятия, а также эффективность используемого экозащитного процесса.

Критерии могут быть рассчитаны для случаев одноступенчатой и многоступенчатой очистки.

3.9 Экологический анализ промышленного региона