Безотходное производство, или зачем сортировать мусор. Безотходные и малоотходные производства (технологии) Сообщение на тему безотходное производство

Содержание
Введение………………………………………………………… ……………………………...3
1.Безотходное производство……………………………………………… ………………… ..4
2.Основные принципы создания безотходных производств………………………………...5
3.Требования к безотходному производству……… …………………………………………7
4.Безотходные технологии…………………………………………………… ……………….7
5.Принципы создания безотходной технологии…………………… ………………………..8
6.Направления безотходной технологии в отдельных отраслях промышленности………9
6.1.Энергетика………………………………………… …………………………………….....9
6.2. Горная промышленность. ………………………………………………………………....9
6.3. Металлургия………………………………………………… ……………………………...9
6.4. Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. …………………………....9
6.5. Машиностроение.……………………………………… ………………………………….10
6.6. Бумажная промышленность………………………………………… ……………………10
Заключение…………………………………………………… ………………………………..11
Список литературы………………………………… ………………………………………….12

Введение
По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения безотходных производств и технологий. Скорейшее их решение в ряде стран рассматривается как стратегическое направление рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Безотходное производство - производство, в котором полностью используются не только основные сырьевые ресурсы, но и попутно получаемые отходы производства, в результате чего снижается расход сырья и сводится к минимуму загрязнение окружающей среды. Безотходное производство может использовать отходы собственного производственного процесса, и отходы других производств.
Безотходная технология - технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды.
В концепцию безотходности технологий и производства значительный вклад внесли советские ученые, такие как: А. Е. Ферсман, Н. Н. Семенов, И. В. Петрянов-Соколов, Б. Н. Ласкорин и др. По аналогии с природными экологическими системами безотходные технологии и производства базируются на техногенном круговороте веществ и энергии. Необходимость в создании безотходных технологий и производств возникла в 50-х гг. 20 в. в связи с истощением мировых природных ресурсов и загрязнением биосферы в результате бурного развития, наряду с химизацией сельского хозяйства и ростом транспорта, ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей промышленности (переработка нефти, химическая промышленность, ядерная энергетика, цветная металлургия и др.).
Целью данной работы является изучение безотходных технологий и производств.
Задачи исследования:
1.Изучить понятие «безотходное производство».
2.Рассмотреть основные принципы создания безотходного производства, требования к безотходному производству.
4.Изучить понятие «безотходные технологии».
5.Проанализировать принципы создания безотходной технологии.
6.Рассмотреть направления и разработки безотходной технологии в отдельных отраслях промышленности.

1.Безотходное производство.
Безотходным производством является такое производство, в котором все исходное сырье в конечном итоге превращается в ту или иную продукцию и которое при этом одновременно оптимизировано по технологическим, экономическим и социально-экологическим критериям. Принципиальная новизна подобного подхода к дальнейшему развитию промышленного производства обусловлена невозможностью эффективно решать проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов только путем совершенствования методов обезвреживания, утилизации, переработки или захоронения отходов. СССР явился инициатором идеи безотходного производства. Примером безотходного производства является производство мрамора. Все отходы, получаемые при механической обработке мраморных блоков, и некондиционные блоки перерабатываются в мраморную крошку.
Концепция безотходного производства предусматривает необходимость включения в цикл использования сырьевых ресурсов сферу потребления. Другими словами, продукция после физического или морального износа должна возвращаться в сферу производства. Таким образом, безотходное производство представляет собой практически замкнутую систему, организованную по аналогии с природными экологическими системами, в основе функционирования которых лежит биогеохимический круговорот вещества. При создании и развитии безотходных производств обязательно использование всех компонентов сырья.
В настоящее время несмотря на то, что практически все сырье, применяемое в промышленности, является многокомпонентным, в качестве готовой продукции используется, как правило, только один компонент. Максимально возможное - это комплексное использование энергии при безотходном производстве. Здесь также можно провести прямую аналогию с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми по веществу, не являются изолированными, так как поглощают энергию, которую получают от Солнца, трансформируют ее, связывая небольшую часть, и рассеивают в окружающее пространство. Важнейшей составной частью концепции безотходного производства являются также понятия нормального функционирования окружающей среды и ущерба, наносимого ей отрицательным антропогенным воздействием. Концепция безотходного производства подчеркивает, что оно, 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, психологических и других задач. Эти задачи могут и должны решаться, как это и следует из определения безотходного производства, на различных уровнях: процесс, предприятие, производственное объединение.
2.Основные принципы создания безотходных производств.
Отходы производства - остатки сырья, материалов и полупродуктов, образующиеся при получении заданной продукции, которые частично или полностью утратили свои качества и не соответствуют стандартам (техническим условиям). Эти остатки после соответствующей обработки могут быть использованы в сфере производства или потребления.
Отходы потребления - это непригодные для дальнейшего использования (по прямому назначению) изделия производственно- технического и бытового назначения (например, изношенные изделия из пластмасс и резины, вышедший из строя шамотный кирпич теплоизоляции печей и др.).
Побочные продукты образуются при физико-химической переработке сырья наряду с основными продуктами производства, но не являются целью производственного процесса. Они в большинстве случаев бывают товарными, на них имеются ГОСТ, ТУ и утвержденные цены, их выпуск планируется. Чаще всего это содержащиеся в сырье компоненты, не используемые в данном производстве, или продукты, которые получаются при добыче или обогащении основного сырья; их принято называть попутными продуктами (например, попутный газ при добыче нефти).
Вторичные материальные ресурсы (BMP) - совокупность отходов производства и потребления, которые могут быть использованы в качестве основного или вспомогательного материала для выпуска целевой продукции.
Между промышленностью и окружающей средой до сих пор доминирует открытый тип связи. 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 исходного материала природы.
Каждый раз производственная деятельность начинается с использования некоторых новых природных ресурсов, и каждый раз 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.
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.
Таким образом, назрела необходимость перехода к принципиально новой форме связи - к замкнутым системам производства, предполагающим возможно большую встроенность производственных процессов во всеобщий круговорот вещества в природе.
При замкнутой системе производство строится, опираясь на следующие фундаментальные принципы:
1. возможно более полное использование исходного природного вещества;
2. возможно более полное использование отходов (регенерация отходов и превращение их в исходное сырье для последующих ступеней производства);
3. создание конечных продуктов производства с такими свойствами, чтобы используемые отходы производства и потребления могли быть ассимилированы экологическими системами.
Сложившееся сегодня положение в области ресурсопотребления и масштабы промышленных выбросов позволяют сделать вывод о том, что имеется только один путь решения проблемы оптимального потребления природных ресурсов и охраны окружающей среды - создание экологически безвредных технологических процессов, или безотходных, а на первое время - малоотходных. Это единственный способ, подсказанный самой природой.
В ноябре 1979 г. в Женеве на совещании по охране окружающей среды в рамках Организации Объединенных Наций (ООН) была принята «Декларация о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов». Под малоотходным понимают такое производство, вредные последствия деятельности которого не превышают уровня, допустимого санитарными нормами, но по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение.
Биосфера дает нам природные ресурсы, из которых в сфере производства получаются конечные продукты, при этом образуются отходы. Продукты используются либо в сфере производства, либо в сфере потребления, и вновь образуются отходы. Под отходами понимаются вещества, не обладающие на первых порах потребительской ценностью. Во многих случаях 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 выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной окружающей среде.
3.Требования к безотходному производству.
На пути совершенствования существующих и разработки принципиально новых технологических процессов необходимо соблюдение ряда общих требований:

осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы, и теряется сырье;
применение непрерывных процессов, позволяющих наиболее эффективно использовать сырье и энергию;
увеличение (до оптимума) единичной мощности агрегатов;
интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;
создание энерготехнологических процессов. Сочетание энергетики с технологией позволяет полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов. Приме­ром такого производства служит крупнотоннажное производство аммиака по энерготехнологической схеме.

4.Безотходные технологии.
Безотходная технология - принцип организации производства вообще, подразумевающий использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает цепочку первичное сырьё - производство - потребление - вторичное сырьё. Термин "безотходная технология" впервые был предложен комиссией по охране природных вод СССР.
Первичная цель безотходной технологии - настолько уменьшить выводимый в единицу времени в биосферу поток массы неиспользованных отходов, чтобы сохранялось естественное равновесие биосферы и обеспечивалось сохранение основных природных ресурсов.
и т.д.................

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

БЕЗОТХОДНЫЕ ПРОИЗВОДСТВА в хим. технологии (безотходная технология), осуществляются по оптим. технол. схемам (см. Оптимизация) с замкнутыми (рециркуляционными) материальными и энергетич. потоками, не имеют сточных вод (бессточные произ-ва), газовых выбросов в атмосферу и твердых отходов (безотвальные произ-ва). Термин "безотходные производства" носит условный характер, т.к. в реальных условиях из-за несовершенства совр. технологии невозможно полностью исключить все отходы и воздействие произ-ва на окружающую среду . При безотходных производствах наиболее рационально используются прир. и вторичные сырьевые ресурсы и энергия с миним. ущербом для окружающей среды .

В концепцию безотходности произ-ва значит. вклад внесли советские ученые (А. Е. Ферсман, Н. Н. Семенов, И. В. Пет-рянов-Соколов, Б. Н. Ласкорин и др.). По аналогии с прир. экологич. системами безотходные производства базируются на техногенном круговороте в-в и энергии. Необходимость в создании безотходных производств возникла в 50-х гг. 20 в. в связи с истощением мировых прир. ресурсов и загрязнением биосферы в результате бурного развития, наряду с химизацией с. х-ва и ростом транспорта, ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей пром-сти (переработка нефти , хим. пром-сть, ядерная энергетика , цветная металлургия и др.).

Согласно представлениям Д. И. Менделеева (1885), мерой совершенства произ-ва является кол-во отходов. С развитием науки и техники каждое произ-во все более приближается к безотходному. На данном этапе к безотходным производствам относятся, по существу, малоотходные произ-ва, в к-рых только небольшая часть сырья превращ. в отходы. Последние подвергают захоронению, обезвреживанию или направляют на длит. хранение с целью их утилизации в перспективе. В малоотходных произ-вах выбросы вредных в-в не превышают ПДК, а также уровня, при к-ром предотвращаются необратимые экологические изменения (см. Охрана природы).

Осн. направления создания малоотходных произ-в на отдельном предприятии или в целом пром. регионе: экологически безопасная подготовка и комплексная переработка сырья в сочетании с очисткой вредных выбросов, утилизацией отходов, оптим. использованием энергии, водо- и газооборотных циклов; применение т. наз. коротких (малостадийных) технол. схем с макс. извлечением целевых и побочных продуктов на каждой стадии; замена периодич. процессов непрерывными с использованием автоматизир. систем управления ими и более совершенного оборудования; широкое вовлечение в произ-во вторичных ресурсов.

Развитие хим., нефтеперерабатывающей, нефтехим. и ряда др. отраслей пром-сти связано с разработкой т. наз. энерготехнол. схем - систем большой единичной мощности. Последние наряду с макс. использованием сырья и энергии обеспечивают высокоэффективную очистку сточных вод и газовых выбросов в атмосферу благодаря применению безводных технол. процессов, водо- и газооборотных (включая воздухооборотные) циклов, к-рые экологически и экономически целесообразнее, чем соотв. прямоточное водоснабжение и газов очистка до санитарных норм.

Оптим. использование сырьевых ресурсов достигается их комплексной переработкой. Примеры: хим. переработка твердых топлив (см. Коксохимия), нефти (см. Нефтепереработка), апатито-нефелиновых, фосфорито-апатитовых, полиметаллич. руд и т.д. Напр., при комплексной переработке апатито-нефелиновых руд помимо фосфатов получают также др. ценные продукты. Так, в СССР впервые в мире разработана и осуществлена технология переработки нефелинов - отходов обогащения апатитов . В результате на 1 т глинозема получают 0,2-0,3 т К 2 СО 3 , 0,60-0,75 т Na 2 CO 3 и 9-10 т цемента . Такая технология в сочетании с замкнутым водооборотом и эффективной очисткой газов печей спекания и цементного произ-ва обеспечивает миним. кол-во отходов. Прогрессивный метод азотнокислотного разложения фосфоритов и апатитов при получении сложных удобрений (напр., нитроаммофоски) исключает образование фосфогипса - многотоннажного отхода произ-ва этих удобрений сернокислотным способом. Наряду с азотно-фосфорными или азотно-фосфорно-калийными удобрениями получают SrCO 3 , CaCO 3 , CaF 2 , NH 4 NO 3 , оксиды РЗЭ и др. важные продукты.

Оптим. использование энергоресурсов достигается рациональным расходованием их для технол. нужд на разл. стадиях произ-ва, а также утилизацией теплоты низкого потенциала (50-150°С) для обеспечения комфортных условий труда в пром. и непроизводств. помещениях, для коммунально-бытового горячего водоснабжения , отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха , обогрева теплиц, водоемов и т.д. наиб. эффективно в хим. пром-сти энергоресурсы используют в совр. энерготехнол. схемах произ-в NH 3 , слабой HNO 3 и карбамида .

Прогрессивная форма организации безотходных производств - комбинирование разных технол. схем. Для хим. пром-сти особенно характерно применение отходов осн. произ-ва в кач-ве сырья вновь организуемых подчиненных произ-в. Так, произ-во NH 3 совмещают, используя его отход - СО 2 , с произ-вом карбамида на одном хим. предприятии. Др. типичный пример - объединение хим. предприятия по произ-ву H 2 SO 4 с металлургическим, на отходах к-рого (флотационном колчедане и отходящих печных газах , содержащих SO 2) оно базируется. Важная роль в утилизации твердых вторичных сырьевых ресурсов принадлежит пром-сти строит. материалов. Напр., доменные шлаки (практически полностью) и фосфогипс применяют для произ-ва цемента , шлакоси-таллов, минер. ваты , шлаковой пемзы, гипсовых вяжущих и т.д.

Создание безотходных производств особенно эффективно на основе принципиально новых технол. процессов. Пример - бескоксовый, бездоменный метод получения стали, при к-ром из технол. схемы исключены стадии, в макс. степени влиявшие на загрязнение окружающей среды : доменный передел. произ-во кокса и агломерата. Такая технология обеспечивает значит. снижение выбросов в атмосферу SO 2 , пыли и др. вредных в-в, позволяет втрое уменьшить потребление воды и практически полностью утилизировать все твердые отходы.

Перспективно также применение, напр., в гидрометаллургии сорбционных, сорбционно-экстракционных и экстракционных процессов, к-рые обеспечивают высокую избирательность извлечения разл. компонентов, эффективную очистку сточных вод и отсутствие газовых выбросов в атмосферу . Так, экстракционные процессы используют для извлечения и разделения, напр., Та и Nb, РЗЭ, Т1 и In, а также при получении Аи высокой чистоты (см. также Выщелачивание).

Важную роль в создании безотходных производств играет совершенствование аппаратурного оформления технол. процессов. Так, переход произ-ва

Рациональное и комплексное использование сырьевых ресурсов имеет решающее значение, так как в настоящее время в конечный продукт включается в среднем лишь около 10% массы используемых природных ресурсов, а остальные 90% теряются. Высшей формой рационального природопользования является такая деятельность человека, которая практически полностью использует природные ресурсы, не порождает загрязнения и отходы и в конечном итоге все снова возвращает природе, не нарушая ее состояния. При безотходном производстве предполагается создание оптимальных технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. В идеальном случае такое производство не имеет вредных выбросов в атмосферу, сточных вод и твердых отходов.

Термин «безотходная технология» впервые был сформулирован нашими учеными-химиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1956 г. Он получил широкое распространение не только у нас, но и за рубежом. Ниже приведено официальное определение данного термина, закрепленное в 1984 г. в Ташкенте решением Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН).

Безотходная технология — это такой метод производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: первичные сырьевые ресурсы-производство-потребление-вторичные ресурсы, и любые воздействия на природную среду не нарушают ее нормального функционирования.

Безотходная технология включает следующие процессы:

комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов и получение продукции с отсутствием или наименьшим количеством отходов;

создание и выпуск новой продукции с учетом ее повторного использования;

переработку выбросов, стоков, отходов производства с получением полезной продукции;

бессточные технологические системы и замкнутые системы газо- и водоснабжения с использованием прогрессивных способов очистки загрязненного воздуха и сточных вод;

создание территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую технологию материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

Малоотходная технология — это промежуточная ступень при создании безотходного производства, когда небольшая часть сырья и материалов переходит в отходы, а вредное воздействие на природу не превышает санитарных норм.

Коэффициент безотходности (или коэффициент комплексности) — это доля полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему их количеству.

Этот коэффициент широко используется в цветной металлургии и предлагается в качестве количественного критерия безотходности: для малоотходной технологии он должен быть не менее 75%, для безотходной технологии — не менее 95%.

В настоящее время имеется некоторый опыт в области создания и внедрения малоотходной и безотходной технологий в ряде отраслей промышленности. Например, Волховский глиноземный завод перерабатывает нефелин на глинозем и попутно получает соду, поташ и цемент по практически безотходной технологической схеме. Затраты на их производство на 10-15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами.

Однако перевод существующих технологий в малоотходные и безотходные производства требует решения большого комплекса весьма сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научнотехнических достижений. При этом необходимо руководствоваться следующими принципами.

Принцип системности. В соответствии с ним процессы или производства являются элементами системы промышленного производства в регионе (ТПК) и далее — элементами всей экологоэкономической системы, которая включает, кроме материального производства и иной деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы), а также человека и среду его обитания. Поэтому при создании безотходных производств необходимо учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

Комплексность использования ресурсов. Этот принцип создания безотходного производства требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является сложным по составу. В среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке сырья. Так, комплексная переработка полиметаллических руд позволяет получать около 40 элементов в виде металлов высокой чистоты и их соединений. Уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиновые металлы, а также более 20% золота получают попутно при комплексной переработке полиметаллических руд.

Конкретные формы реализации этого принципа в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях отдельного процесса, производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы.

Цикличность материальных потоков. Это общий принцип создания безотходного производства. Примерам цикличных материальных потоков являются замкнутые водо- и газооборотные циклы. Последовательное применение этого принципа должно привести в конечном итоге к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии.

Ограничение и исключение вредного воздействия производства на биосферу при планомерном и целенаправленном росте объемов безотходного производства. Этот принцип обязан обеспечить сохранение природных и социальных ресурсов, таких как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, здоровье населения. Данный принцип осуществим лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.

Рациональность организации создания безотходного производства: разумное использование всех компонентов сырья; минимизация энерго-, материало- и трудоемкости производства; поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, исключающих или уменьшающих вредное воздействие на биосферу; кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других; создание безотходных ТПК.

При создании безотходного производства путем совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов обычно используются следующие способы и методы:

осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы и теряется сырье;

увеличение единичной мощности агрегатов, применение непрерывных процессов; интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация;

создание энерготехнологических процессов, сочетающих энергетику с технологией;

энерготехнологические процессы позволяют полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов.

Для перехода отдельных, особенно новых производств, на безотходную технологию необходима разработка отдельными предприятиями, объединениями, отраслями и в целом правительственными структурами комплексных государственных программ по созданию и внедрению безотходных производств и территориально-промышленных комплексов.

Общие пути решения экологических проблем

вместо деклараций — экологически обоснованные и экономически обеспеченные проекты в мировых рамках;

интеграция интеллектуальных сил, техники и финансов всех стран мира на осуществление этих проектов;

регулирование роста народонаселения и потребностей людей, их экологическое просвещение;

ввод хозяйственной деятельности в пределы емкости экосистем на основе широкого внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий;

переход на безотходные технологии производства; развитие сельского хозяйства на основе экологически прогрессивных технологий, приспособленных к местным условиям.

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