Принцип экологической безопасности

Основное содержание принципа экологической безопасности:

«НЕ НАВРЕДИ!»

Промышленные предприятия, в том числе химические, воздействуют на окружающую среду уже самим процессом функционирования. Промышленное строительство, прокладка инженерных и транспортных коммуникаций и особенно расширение добычи полезных ископаемых приводят к резкому возрастанию количеств территорий с нарушенными почвами и рельефом. Техногенные нарушения природной среды связаны с ландшафтными и экологическими нарушениями.

К ландшафтным нарушениям относятся:

- нарушение земельных угодий в результате прокладки трубопроводов, линий электропередач, дорог;

- отвод земляных участков под промышленные объекты и, соответственно, изъятия их из сельскохозяйственного и рекреационного оборотов;

- выработанные пространства в результате добычи полезных ископаемых;

- отвальные площади и шлаконакопители.

Экологические нарушения включают:

- изменения гидрогеологии в регионе;

- загрязнение прилегаюших территорий, воздушного и водного бассейнов.

Производство воздействует на все составляющие биосферы:

-атмосфера: забирается воздух в качестве сырья и для других

технологических нужд; выбрасываются с газами вредные вещества,

да и выброс безвредных веществ может нарушать экологическое равновесие;

- гидросфера: забор воды в качестве сырья и для других технологических нужд (например, в качестве охлаждающего агента в теплообменниках); истощение континентальных гидроресурсов и их загрязнение;

- литосфера: истощение запасов природных ресурсов; загрязнение поверхности земли отходами производства и потребления; невозобновляемые ресурсы уничтожаются (например, ископаемое топливо), и рассеиваются (например, металлы).

Основное негативное воздействие предприятий на окружающую

среду связано с образованием отходов, загрязняющих биосферу газовыми выбросами, сточными водами и твердыми отходами. К отходам относятся вещества, которые утратили свои первоначальные качества, не соответствуют требуемым стандартам и не обладают потребительской ценностью.

Поэтому, как только отходы при обретают потребительскую цен­ность, то переходят в разряд вторичных материальных ресурсов (БМР) или вторичных энергетических ресурсов (БЭР).

Необходимо различать отходы и побочные продукты. Побочные продукты - стандартизированные вещества, получаемые попутно в процессе химического производства, имеющие потребительскую ценность, но не являющиеся целевыми продуктами данной технологии. Например, отходящие газы обжига сульфидных руд, содержащие S02, используются в производстве серной кислоты или серы.

Следует отметить, что биосфера функционирует по циклическим принципам, в то время как производственная деятельность осуществляется по линейным принципам:

Сырье= производство = потребление (отходы,отходы)

Интересно отметить, что химические предприятия выбрасывают меньше вредных веществ, чем предприятия металлургии, ТЭЦ или автотранспорт, но более токсичные и в гораздо большем ассортименте. Кроме того, низкий кпд использования энергии в химикотехнологических системах (не более 40%), приводит к тепловым выбросам, нарушающим экологическое равновесие в зоне функционирования предприятия, а в глобальном масштабе - к тепловому загрязнению планеты.

Рассеивание тепла влияет на температурный режим среды обитания всего живого и может нарушить динамику про исходящих в ней процессов. Тепловые выбросы ХТС - это тепло дымовых газов; тепло, выводимое оборотной водой и с воздушным охлаждением; потери тепла в окружающую среду. Тепловые отходы образуются из-за неполноты использования тепловых и энергетических ресурсов. Реализация принципа наилучшего использования энергии в ХТС позволяет сократить тепловые выбросы,

Наиболее сложным является утилизация именно низкопотенциального тепла (потоки с температурой 100-200°С). Например, в достаточно совершенной ХТС по производству азотной кислоты температура выхлопных газов, несмотря на предварительную утилизацию их энергии, составляет 170°С.

На современном этапе основным направлением развития химической промышленности является создание «безотходных производств.

В настоящее время под безотходной технологией понимают такой принцип организации производства, при котором цикл: сырье­

вые ресурсы - производство - потребление – сырье построен с рациональным использованием всех компонентов сырья, всех видов энергии и без нарушения экологического равновесия:

Таким образом, безотходное производство - это производство С

замкнутыми материальными и энергетическими потоками.

Учитывая тот факт, что реализовать в абсолютном варианте это

невозможно, термин «безотходная технология» рассматривается в качестве теоретического предела, идеальной модели,.которая может быть реализована лишь частично. Отсюда появляется понятие - малоотxодная технология - способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружаюшую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами (в частотности, ПДК). в настоящее время применяется, в основном, термин «чистое производство» - это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды. Например, такие современные производства, как производство аммиака, азотной кислоты, серной кислоты (из серы),

метанола, этанола, аммофоса и ряд других можно отнести к разряду малоотходным технологиям.

Однако, следует иметь в виду, что, например, для производства аммофоса путем взаимодействия аммиака с фосфорной кислотой необходимо предварительно провести операции обогащения апатитовой руды и разложения полученного концентрат (СаS(Р04)зF) серной кислотой:

СаS(Р04)зF + 5H 2 S04 = 5CaS04 ~ + 3НЗР04 + HF.

При этом на каждом этапе обрауется огромное количество отходов,

а проблема утилизации образующегося гипса (фосфогипса) является

одной из самых актуальных в технологии минеральных удобрений.

Это наглядный пример функционирования химического производства в единой системе и его,следует учитывать при разработке малоотходных технологий.

Главное требование к образующимся отходам - они должны

легко подвергаться регенерации, а переходящие в окружающую сре­ду вещества должны быть ассимилированы экологическими системами. Примером образования подобного рода отходов является каталитическая очистка отходящих газов производства азотной кислоты.

Оксиды азота, остающиеся в отходящих после абсорбции газах, восстанавливаются метаном на аллюмопалладиевом катализаторе при температуре 700 0 С:

4NO + СН4 = С02 + 2Н2 О + 2N 2

Образующиеся при этом вещества легко включаются в соответствующий природный цикл. К недостатку данного метода следует отнести выброс большого количества СО2, что особенно актуально для агрегатов большой единичной мощности. Замена метана на аммиак позволит устранить это недостаток. Следует отметить, что допустимые пределы воздействия на окружающую среду определяются ус­тойчивостью соответствующих экосистем. Под термином устойчивость понимают способность системы сохранять свои свойства при изменении параметров её функционирования. Величина воздействия, которое данная система может перенести без вреда для себя, называют буферной емкостью системы. Воздействие, большее буферной

ёмкости, приведёт либо к перерождению системы, а в худшем случае

- к её гибели. Поэтому необходимо постоянно следить за последствиями воздействия производственных систем на окружающую среду

- проводить сё мониторинг*) и уменьшать, либо прекращать это воз­действие когда появляются первые признаки превышения буферной емкости.

Суммарный баланс в сфере производства может быть выражено

следующим уравнением:

R = А(1 -фи) + S,

где R - расход природных ресурсов, кг/с; А - количество отходов,

образующихея в сферах производства и потребления, кг/с;

У - средний коэффициент использования отходов (технологически

возможная и экологически целесообразная степень использования отходов), кг/кг;

S - количество получаемого продукта, кг/с.

Как видно, для уменьшения расхода природных ресурсов необходимо понизить удельное количество отходов производства A(l-Y).

Это возможно либо за счет сокращения количества образующихся отходов (А), либо за счет повышения среднего коэффициента использования отходов (У). Какой путь выбрать определяет техническая возможность предприятия и экономическая целесообразность.

Чтобы сократить количество образующихся отходов, необходимо установить причину их образования. Так, в химическом производстве

основными причинами образования отходов являются:

- наличие примесей в сырье;

-протекание побочных реакций;

- неполнота протекания основного взаимодействия;

- образование побочных продуктов в основных реакциях.

Следовательно, для сокращения количества отходов и создания "чистых" производств необходимо осуществлять максимальное совершенствование ХТС при комплексном использовании сырья.

Необходимо отметить, что практически все сырьевые источники

многокомпонентны и в среднем, примерно, 30% стоимости составляют сопутствующие компоненты. При комплексном использовании

сырья основным производственным операциям получения целевого

продукта сопутствуют дополнительные операции по извлечению

ценных, но не нужных основному производству веществ и переработки их в товарные продукты или полуфабрикаты, поставляемые другим предприятиям. При этом снижаются суммарные капитальные затраты, уменьшается себестоимость продукции, сокращается количество отходов производства.

Следует. однако, сказать, что на пути внедрения технологии

комплексного использования сырья встречается ряд серьёзных препятствий:

- необходимость больших начальных капитальных вложений;

- ведомственная несогласованность, проявляющаяся в меньшей

степени в условиях рыночных отношений;

- отсутствие разработанных технологий, позволяющих использовать все компоненты сырья в единой химико-технологической системе;

- наличие вторичных отходов, зачастую лимитирующих организацию комплексного производства (например, избыток шламов при переработке нефелинов);

- крайняя необходимость оптимизации на основе эколого-экономических критериев при практически полном отсутствии математических моделей, описывающих функционирование отдельных подсистем;

- отсутствие общих закономерностей и необходимость анализа

ситуации в каждом конкретном случае переработки комлексного сырья.

Сказанное выше позволяет сделать вывод, что внедрение техно­

логии предусматривающей комплексное использование сырья возможно только при наличии сильного стратегического инвестора и корпорации, включающей не только производственный комплекс, но и научно-исследовательские, проектные, эколого-экономические составляющие. Все это обеспечит возможность системного подхода, без которого комплексное использование сырья будет ограничиваться вышеприведёнными проблемами.

Наглядным примером комплексного использования сырья является переработка нефти на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. В этом случае степень её использования составляет почти 100%. Технология комплексного использования сырья широко распространена и на предприятиях цветной металлургии.

Так, например, при переработке свинцово-цинковых руд извлекается

18 элементов и вырабатывается 40 видов товарной продукции.

При создании производств без сброса сточных вод в открытые

водоёмы необходимо реализовать:

а) минимальное водопотребление;

б) создание локальных производственных рециклов отработанной

воды с очисткой её на определёННОМ этапе технологической схемы;

В) очистка и возврат сточных вод.

Для уменьшения газовых выбросов в атмосферу эффективными

являются: а

) создание непрерывных технологических процессов;

б) укрупнение мощностей;

В) схемы с рециркуляцией газов;

г) внедрение новых методов очистки газов.

Следует, однако, отметить, что даже при самых эффективных

очистных сооружениях не у даётся достаточно эффективно решить

проблему защиты окружающей среды, так как при этом возможно появление вторичных отходов. Кроме того, зачастую затраты на эксплуатацию очистных сооружений превышают капитальные затраты.

Поэтому наиболее эффективным является разработка новых и совершенствование действующих ХТС на основе технологических принципов с использованием в качестве критерия оптимизации не экономических (как это делается в настоящее время), а эколого­экономических показателей функционирования ХТС.

Таким образом, к созданию "чистых" производств с минимальным воздействием на окружающую среду приведут:

- разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий;

- организация рециклов по сырьевым, энергетическим и вспомогательным потокам;

- регенерация отходов и кооперирование производств;

- широкое применение системного подхода, как на стадии проектирования и строительства предприятий, так и при эксплуатации химических производств

- постоянный экологический мониторинг и прогнозирование последствий функционирования хтс.