ПИЩЕВАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ
Лекция 7
Дополнительная
Основная
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вопросы для самоконтроля
1) В чем состоит суть биоконверсии?
2) Какие отходы могут быть использованы в качестве сырьевых компонентов для биоконверсии?
3) Какие ферменты участвуют в биологической деградации лигноцеллюлозы?
4) Что такое компосты? Виды компостов?
1. Биотехнология: Теория и практика / Н.В. Загоскина, [и др.]. – М.: Изд-во: Оникс. - 2009. – 496 с.
2. Биопрепараты: Сельское хозяйство. Экология. Практика применения. – М.: ООО «ЭМ-кооперация», 2008 – 296 с.
1) Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. - СПб.: Наука, 1995, 600с.
2) Биотехнология / Под ред. А. А. Баева. – М: Наука, 1984. – 309с.
3) Сельскохозяйственная биотехнология / под. ред. В.С. Шевелухи. – М.: Высшая школа 2003. – 469 с.
Безотходная технология - технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, обеспечивающее защиту окружающей среды. Это принцип организации производства вообще, подразумевающий использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает цепочку первичное сырьё - производство - потребление - вторичное сырьё.
Принципы безотходной технологии:
Системный подход
Комплексное использование ресурсов
Цикличность материальных потоков
Ограничение воздействия на окружающую среду
Рациональная организация.
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.
Хранение отходов в естественном виде возможно без потерь в течение 2-3 дней. При длительном хранении они теряют свои питательные свойства, закисают, загнивают, забраживают, загрязняя окружающую среду.
К малоиспользуемым в настоящее время отходам относятся: фильтрационный осадок (дефекат) в сахарной промышленности, последрожже-вая и послеспиртовая барда в спиртовой отросли, картофельный сок в крахмальном производстве, табачная пыль, а также углекислый газ брожения и вторичный газ брожения в спиртовой и пивоваренной отраслях.
Ежегодно из образующихся в сахарной отрасли свыше 2 млн т дефеката используется лишь 70 %. Для одного завода мощностью переработки свеклы 3 тыс. т в сутки требуется для складирования дефеката до 5 га земли. Из 5 тыс. т картофельного сока используется лишь до 20 %. Углекислый газ брожения в спиртовой отросли используется на 20 %, остальное выбрасывается в атмосферу, усиливая парниковый эффект.
Экологическое совершенствование производства предполагает экономию потребляемых ресурсов окружающей среды и сокращение массы отходов, размещаемых в ней. И то и другое достигается путем внедрения малоотходных технологий, создания систем безотходного производства, вывода из эксплуатации устаревших основных фондов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
В настоящее время в значительной степени пересмотрены ранее сформированные подходы к производству и качеству выпускаемой пищевой продукции. Важно, что от этапа увеличения выпуска продукции для удовлетворения растущих потребностей человека мы переходим к этапу увеличения качества выпускаемой продукции при все возрастающих требованиях к экологической чистоте производственных процессов. Внедряются эффективные технологические процессы, разрабатываются принципиально новые подходы к организации безотходных или малоотходных энерго- и ресурсосберегающих технологий.
За рубежом активно ведут разработки по комплексному использованию сырья и безотходной переработки образующихся вторичных ресурсов с применением микробиологической биотрансформации сырья, главным образом в направлении обогащения его белком, синтезируемым бактериями, дрожжами или грибами в целях получения кормов, кормовых и пищевых добавок.
В Японии при изготовлении пищевых продуктов используют кости рыб, стебли конопли, кожуру цитрусовых, отруби, жмых, спиртовую барду и пивную дробину. При получении кормов и удобрении в Японии используют панцири креветок и крабов, рисовую шелуху, соевым жмых, барду и обезжиренные бобы или остатки отжатого соевого творога «тофу».
В США при получении пищевых продуктов используют скорлупу орехов (миндаль), сахарную мелассу, чайные остатки, жмых, остатки теста и хлеба, подсырную сыворотку.
Великобритания в производстве продуктов питания рационально использует шелуху какао бобов и кормовые белки из свекловичного жома.
В России также ведутся аналогичные исследования и внедряются в производство. Например, свекловичный пектин используется при производстве колбас, в молочной промышленности при изготовлении кисломолочных напитков, творожных масс. Пищевые свекловичные волокна могут найти применение и в кондитерской промышленности при изготовлении хлебобулочных изделий, в том числе профилактического назначения, при производстве готовых блюд, горчицы, соусов, супов, кетчупов, изделий консервной и рыбной промышленности. При этом снижается калорийность изделий, повышается их биологическая ценность, экономится дорогостоящее основное сырье.
Одним из видов пищевых отходов, представляющих значительный интерес для предприятий пищевой промышленности и заготовочных предприятий общественного питания, являются выжимки ягод. Их следует рассматривать как дополнительные источники ценнейших веществ природного происхождения (сахара, органические кислоты, витамины, минеральные вещества). Однако в большинстве случаях отходы соковых производств используют на корм скоту, превращают в компост или просто сжигают.
Учитывая промышленные масштабы выращивания и переработки черноплодной рябины, клюквы и брусники, а также содержание в выжимках ценных биологически активных и пектиновых веществ, переработка выжимок является актуальной задачей. С другой стороны, решение этой задачи позволит улучшить комплексную переработку и использование сельскохозяйственного сырья, в частности, вторичных продуктов производства.
В настоящее время при производстве мучных кондитерских и х/б, а также колбасных и паштетных изделий используется традиционная рецептура и традиционные технологические схемы производства. Предложены различные варианты использования данных видов вторичных сырьевых ресурсов для производства кулинарных, мясных, мучных кондитерских и булочных изделий.
Разработаны рецептуры и технологии приготовления мясорастительных паштетов с выжимками ягод брусники и клюквы, маринадов овощных и овощей пассированных с выжимками ягод брусники, клюквы, жимолости, облепихи.
Создание промышленных технологий производства концентрированных белковых продуктов из растительного сырья - одно из основных направлений увеличения ресурсов продовольствия и кормов, а также безотходное производство.
В большинстве промышленно развитых стран (США, Японии, Бельгии, Дании и др.) уже накоплен практический опыт по переработке бобовых с получением белков и разнообразного ассортимента высококачественных пищевых продуктов на их основе. Как правило, эти производства работают по экологически чистой безотходной технологии, выпуская помимо пищевых высококонцентрированных белков также высококачественные корма и биологически активные препараты.
Современные технологии получения белковых продуктов из растительного сырья строятся на двух основных технологических подходах:
1. Глубокое фракционирование макронутриентов сырья с максимизацией выхода белков, их очистка, концентрированно и при необходимости модификация функциональных и медико-биологических характеристик.
2. Оптимальное фракционирование макро- и микронутриентов сырья с получением белково-липидных и белково-углеводных композитов заданного состава с максимальным сохранением фитохимического потенциала сопутствующих микронутриентов.
Для российской пищевой промышленности наибольший интерес представляют белковые продукты из растительного шрота (изоляты, концентраты, обезжиренная мука, текстурированные белки). Технологии их производства можно отнести к первому подходу, так как при их получении ставится задача достижения максимального выхода белкового компонента после исчерпывающего извлечения липидов.
Изоляты и концентраты - более очищенные формы белков. Они используются в питании без каких-либо ограничений и в совокупности с другими пищевыми компонентами могут служить основным источником белка в рационе человека.
В нашей стране традиционно развита рыбоперерабатывающая промышленность, где возможности биотехнологии чрезвычайно широки. Многочисленные исследования показали, что морепродукты особенно богаты природными биологически активными веществами (БАВами), которые могут быть использованы в качестве функциональных ингредиентов. Это ферменты, витамины, аминокислоты, полиеновые жирные кислоты, фосфолипиды, биополимеры и гормоны, а также минеральные и др. вещества, играющие незаменимую роль в организме.
В создавшихся условиях обеспечение населения пищевыми продуктами с повышенным лечебно-профилактическим эффектом, в том числе за счет вовлечения в сферу производства морепродуктов, включая неиспользуемые биоресурсы, является актуальным. Отходы рыбной промышленности также можно перерабатывать с дальнейшим получением БАД, белков, экстрактов и др.
Воздействие вредных факторов окружающей среды, несбалансированность современного питания (дефицит пищевых волокон, белка, витаминов, минеральных солей микроэлементов) обостряют потребность в специальных продуктах питания, проблему которых частично может решить рациональное использование вторичного пищевого сырья, являющегося результатом традиционных технологических процессов производства пищевой продукции.
Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» и предприятие «Вторалюминпродукт» ввели в эксплуатацию в городе Мценск уникальную пилотную установку производства чугуна и концентрата цветных металлов из техногенных отходов.
Эта разработка вызвала интерес отечественных энергетиков и производителей черных металлов. Дело в том, что более 95% выпускаемого в мире чугуна до настоящего времени производится в доменных печах. Это мощные агрегаты, выдающие в сутки тысячи тонн металла. Но обычные доменные печи требуют подготовленного высококачественного сырья, перерабатывать отходы в них технологически и экономически нецелесообразно или даже невозможно. А ведь только на российских предприятиях ежегодно образуется более 5 миллионов (!) тонн вторичного сырья.
Инновационная печь построена на барботажном принципе, в основе которого лежит подъем пузырей газа в расплаве. Конечной целью процесса является восстановление расплава со смешанным составом до чистого чугуна. Сначала в печи при температуре 1400-1500°С железорудный концентрат превращается в расплав, который затем продувают газообразным монооксидом углерода с примесями диоксида углерода и азота. Образующиеся при этом пузырьки значительно ускоряют химические процессы в ванне и интенсивно перемешивают железистый расплав и шлак (отходы от производства металлов).
Как сообщают разработчики, они усовершенствовали технологию «Ромелт», созданную в СССР на базе МИСиС еще в 1980-е годы, разделили реактор на две зоны: плавильную и восстановительную. На поверхность ванны расплава подаются железосодержащие материалы, энергетический уголь, флюсующие добавки. Уголь при этом вовлекается шлаковыми потоками в нижние зоны ванны, где за счет кислородного потока происходит его горение с выделением углекислого газа и паров воды. Далее расплав перетекает в восстановительную зону, где происходит его окончательное восстановление до чугуна.
По требованию заказчика состав шлака может быть подобран для последующей переработки в шлакокаменные изделия, теплоизоляционную шлаковату, выпуска промежуточных продуктов при производстве цемента. Еще одним преимуществом новой установки является сниженный удельный расход энергии. За счет уникальной конструкции агрегата расходы энергоносителей могут быть доведены до 500 килограммов угля и 500 нм³ кислорода на одну тонну получаемого чугуна. В результате перерабатываются бросовые техногенные отходы, а получают чугун, товарный шлак и концентрат цветных металлов. Отходов в новой российской технологии нет. Пилотный образец предназначен также для отработки технологии безотходной газификации многочисленных углеродсодержащих отходов, включая твердые бытовые отходы.
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.
Безотходное производство - форма организации технологических процессов, при которой отходы производства сведены к минимуму или полностью перерабатываются во вторичные материальные ресурсы. При безотходном производстве необходимо использование сбалансированных по основным компонентам технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Сбалансированность технологических схем может быть проиллюстрирована на примере электрохимического производства: при электролизе ЫаС1 образуются ЫаОН и С12, являющиеся основными конечными продуктами. Вместе с тем потребность в первом продукте существенно больше, и для сбалансированности технологической схемы по хлору в состав производств в такой схеме включаются процессы получения хлорорганических и других продуктов, использующие полученный при электролизе избыток хлора.[ ...]
Безотходные производств, создаваемые на базе достижений научно-технического прогресса, открывают неограниченные возможности для оздоровления окружающей среды. В то же время, имеется множество действующих предприятий, которые из-за устаревших технологических решений не могут быть переведены на безотходные схемы производства, и единственный путь уменьшить их нагрузку на окружающую среду - создавать системы улавливания, утилизации и переработки отходов в полезные продукты.[ ...]
Безотходное производство - условное название процесса получения конечных продуктов, в ходе которого достигается максимальное снижение отходов при заданном уровне развития технологий. Практически безотходного производства не существует. Всегда есть отходы, хотя бы в виде тепловой энергии, в противном случае нарушались бы законы термодинамики. Более точный термин - малоотходное производство или малоотходные технологии.[ ...]
Безотходные производства создаются при максимально полном технологическом использовании всех компонентов, содержащихся в химическом сырье (можно назвать это третьим правилом).[ ...]
Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов.[ ...]
Производства в зависимости от значений этих коэффициентов в мощности подразделяются на три категории; безотходныемалоотходные и рядовые. При этом к категориям мало- и безотходных могут быть отнесены лишь те производства, которые имеют Нд= I, т.е. при соблюдении санитарно-экологических норм. В зависимости от мощности, для отнесения к безотходному, производство должно иметь Км=0,90-43,97 и Кэ= 0,7-0,9, а для отвесения к малоотходному - 1 = 0,80-0,90 и Кэ= 0,50-0,70. Чем больше мощность производства, тем выше должны быть звачения коэффициентов (определяются по специальным графикам). Аттестуемому производству присваивается категория по наихудшему значению определяемых коэффициентов.[ ...]
Безотходное производство требует рециркуляции газовых потоков. Примером такой организации технологического процесса является система использования аспирационного воздуха после очистки на рукавных фильтрах в корпусах обогатительных фабрик асбестовых комбинатов. Подобная система позволяет не только очистить воздух до требуемых нормативов, но и получать дополнительную продукцию и поддерживать требуемую температуру внутри корпусов в зимний период без дополнительных затрат тепла.[ ...]
Безотходное производство предполагает кооперирование производств с большим количеством отходов (производство фосфорных удобрений, тепловые электростанции, металлургические, горнодобывающие и обогатительные производства) с производством - потребителем этих отходов, например предприятиями строительных материалов. В этом случае отходы в полной мере отвечают определению Д. И. Менделеева, назвавшего их «пренебрегаемыми продуктами химических превращений, которые со временем становятся исходной точкой нового производства».[ ...]
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной мере, но с развитием технологического прогресса все больше приближается к идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой следует понимать такое производство, в результате деятельности которого не происходит выбросов в окружающую среду. Безотходное производство представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие отходов на окружающую среду.[ ...]
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.[ ...]
Термин «безотходное производство» наиболее целесообразно применять к территориально-производственным комплексам, а прогрессивные технологии, отличающиеся наименьшим воздействием на ОС, следует называть либо малоотходными, либо ресурсосберегающими, но лучше всего - экологически оптимальными технологиями, техпроцессами, производствами.[ ...]
Создание безотходных производств требует решения сложных организационных, технических, технологических, экономических задач. Однако в настоящее время есть предприятия, которые смело можно отнести к безотходным производствам. Например, отдельные глиноземные заводы (Волховский, Пикалевский) перерабатывают нефелин в глинозем, соду, поташ и цемент практически по схеме безотходных производств. При этом 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. Для разработки и внедрения безотходных производств, можцо выделить ряд взаимосвязанных принципов.[ ...]
Создание безотходного производства представляет собой длительный и постепенный процесс, требующий решения ряда взаимосвязанных технологических, экономических, организационных, психологических и других задач. В основу создания безотходного промышленного производства на практике должны закладываться в первую очередь принципиально новые технологические процессы и оборудование.[ ...]
Концепция безотходного производства включает несколько положений.[ ...]
Безотходное производство - производство, 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 нормальное функционирование» - формулировка, принятая в 1984 г. В реальных условиях полностью ликвидировать отходы и избавиться от их влияния на окружающую среду невозможно. Точнее такие системы стоит называть малоотходными, т.е. дающими минимальные отходы, при которых сохраняется экологическое равновесие в результате самоочищающей способности природы.[ ...]
Промышленное производство без материальных, бесполезно накапливаемых потерь и отходов уже существует в целых отраслях, однако доля его пока мала. По оценке 1985 - 1986 гг. можно утверждать, что эта доля увеличилась, а потом уменьшилась из-за крайне недостаточного внедрения новых безотходных производств во всех отраслях народного хозяйства.[ ...]
Под термином «безотходное производство» следует понимать такое производство в процессе которого максимально используются и превращаются в полезные продукты все компоненты перерабатываемого- сырья и полуфабрикатов. Отходы и выбросы загрязняющих веществ при этом должны быть сведены к минимуму, который гарантирует сохранение экологического круговорота вещества и энергии и соблюдение санитарно-гигиенических норм предельно допустимых выбросов, установленных для данной местности. Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности это значит обеспечить переработку нефти при минимальных энергетических затратах с минимальными потерями углеводородов и максимальным извлечением полезных веществ: серы, азота, минеральных солей и других ингредиентов. В процессе переработки нефти и ее отдельных компонентов и полуфабрикатов в товарные продукты с применением различных реагентов и катализаторов не должны образовываться новые вещества и отходы, загрязняющие природную среду выше допустимых норм.[ ...]
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 переработки или превращения в экологически безвредную форму.[ ...]
Для внедрения безотходных производств в химической промышленности потребуется создание новых материалов Чх веществ, например новых мембранных материалов, которые позволят усовершенствовать различные процессы разделения. Увеличение размеров аппаратов до оптималь х связано с использованием более дорогих сплавов наложных систем автоматики и контроля, однако конечный эффект (с учетом ликвидации ущерба, наносимого природе) должен окупить все затраты.[ ...]
Возврат пыли в производство. Это является одним из наиболее распространенных и рациональных приемов обеспечения безотходности производства с одновременным увеличением его эффективности и решением природоохранных задач. Технология возврата улавливаемых пылевых материалов в основное производство обычно определяется используемыми способами газоочистки (сухие, мокрые, одно- и двухступенчатые, комбинированные) и целесообразностью введения этих продуктов в определенный аппарат технологической схемы в том или ином агрегатном состоянии.[ ...]
Первоначально безотходным производством называли такой способ производства некоторой группы продуктов потребления, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы - производство - вторичные сырьевые ресурсы - отходы производства и потребления», и все воздействие на ОС, сопровождающее названный цикл, не нарушает ее (среды) нормального функционирования, т. е. под безотходным производством понималась замкнутая система, организованная по аналогии с природными экологическими системами.[ ...]
Создание мало- и безотходных производств - процесс длительный, требующий решения сложнейших взаимосвязанных задач, причем не только технологических и инженерных, но и в значительной мере организационных, экономических, психологических и иных.[ ...]
При организации безотходных производств большое значение имеет кооперирование предприятий различных отраслей промышленности.[ ...]
Критика концепции безотходного производства начинается с того, что создать такое производство нельзя ни практически, ни даже теоретически. Действительно, энергию в соответствии со вторым законом термодинамики невозможно трансформировать в работу на 100%, следовательно, энергетические отходы неизбежны. Однако концепция безотходного производства и не предполагает полное использование энергии. Вполне достаточно использовать ее максимально рационально.[ ...]
Создание полностью безотходных производств - длительный процесс, требующий решения сложнейших экономических, технологических, энергетических и других задач. Поэтому в ближайшей перспективе следует в основном ожидать перехода к малоотходным производствам. Под малоотходным понимается такой способ производства, когда вредное воздействие на окружающую среду не превышает допустимого уровня, и только небольшая часть сырья и материалов переходят в отходы и направляются на нейтрализацию или длительное хранение.[ ...]
Примером естественного «безотходного производства» являются некоторые природные экосистемы - устойчивые совокупности совместно обитающих организмов и условий их существования, тесно связанных друг с другом. В этих системах осуществляется полный круговорот веществ. Конечно, экосистемы не вечны и развиваются во времени, но они рбычно настолько устойчивы, что способны преодолевать даже некоторые изменения внешних условий.[ ...]
При наличии ряда вариантов безотходного производства должен быть выбран вариант с наибольшими г при минимальных Зп. Сочетание прогрессивной технологии с современными методами очистки и контроля газопылевых выбросов, вторичного использования отходов позволяет реконструировать существующие и проектировать новые цеха, отдельные производственные участки, отвечающие всем требованиям экологической безопасности.[ ...]
Экологическое совершенство производства возможно только при комплексной переработке сырья во все возможные виды продукции, причем при наличии замкнутой системы водоснабжения и при полной многократной повторной рекуперации (улавливании и использовании) всех отходов. Максимальный успех при создании безотходных производств (в первоначальном понимании этого термина) достигается по системе СКОВИО - снижение количества отходов в источнике их образования. Малоотходные процессы и технологии возможны в различных отраслях производства, и уже существуют на практике, например, натуральное сельское хозяйство, в котором система «земледелие-животноводство» эффективно утилизирует отходы сама внутри себя. Земледелие дает животноводству корм (в том числе отходы переработки зерна, подсолнечника и др.), а отходы животноводства - ценнейшие для плодородия органические удобрения.[ ...]
Нередки случаи, когда стоимость безотходных производств или охранных и защитных мероприятий весьма значительна и не соответствует реальным экономическим возможностям современного общества. Одновременно необходимо отметить, что одними из причин слабой эффективности защитных мер по охране окружающей среды являются отсутствие научно обоснованных исходных данных, характеризующих естественную экологическую систему, недостаточная изученность природных биохимических процессов, миграций и круговоротов веществ и потоков энергии в зоне действия предприятия и отсутствие объективных данных о характере воздействия технологических операций и выбросов основных и вспомогательных производств на состояние природной среды, особенно если это воздействие носит длительный характер.[ ...]
Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газооборотные 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 указать на комбинирование и кооперацию производств, создание ТПК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования.[ ...]
Имеется ряд подходов к определению безотходное™ производств: экспериментальная оценка, оценки по сырьевому и энергетическому балансам, полноте использования эксергии, общему параметру оптимизации, полученному с помощью функции желательности или технологического профиля, а также экономическим путем при сопоставлении затрат на производство продукции.[ ...]
Рассмотренный в работе комбинат безотходного производства в определенной мере моделирует, с точки зрения использования природных ресурсов, биогеохимические системы, развившиеся на Земле. Для удовлетворения подобной модели комбинат должен быть организован согласно ряду положений, которые должны быть положены в основу любого безотходного производства. Этими положениями являются следующие.[ ...]
Другим важнейшим принципом создания безотходного производства является комплексность использования ресурсов, основанный на максимальном использовании сырьевых компонентов и энергетического потенциала. Все сырье практически является комплексным, и в среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Например, в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота получают попутно в процессе переработки комплексных руд. Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации зависят от уровня организации безотходного производства.[ ...]
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.[ ...]
Таким образом, рассмотренный комбинат безотходного производства дает возможность в максимальной степени переработать газообразные, жидкие и твердые отходы в продукцию или обезвредить их. Реализация подобной обработки отходов практически приводит к устранению загрязнения гидросферы, атмосферы и литосферы и является «активной высокоиндустриальной охраной природы, воплощением принципа сохранения и воспроизводства сырьевых и природных ресурсов самим процессом их эксплуатации или, другими словами, принципа согласованного направления процессов промышленного, сельскохозяйственного и естественного производства» .[ ...]
Для полного исключения сброса сточных вод при производстве экстракционной фосфорной кислоты и фосфорных удобрений самым рациональным приемом является их очистка с целью повторного использования. В настояшее время при создании безотходных производств осуществляют не только перевод на замкнутую систему водоснабжения и канализацию без сброса сточных вод, но и совершенствование технологических процессов и оборудования. Последнее проводится почти во всех подотраслях химической промышленности по следующим направлениям: замена исходного сырья; внедрение непрерывных производств; использование агрегатов большой мощности; применение схем с циркуляцией и конденсацией газов; и совершенствование герметизации машин и оборудования.[ ...]
Принцип альтернативности затрат состоит в том, что безотходные производства сокращают конкретные затраты на прирост ресурсов, добычу сырья, импорт сырья, продуктов его переработки.[ ...]
Создание малоотходных технологических процессов и безотходных производств как важнейшего фактора повышения эффективности использования водных ресурсов и их охраны является одним из главных направлений повышения технического уровня производства.[ ...]
Иногда, особенно в зарубежной литературе, употребляется термин «чистое производство», под которым понимают технологическую стратегию, предотвращающую загрязнение окружающей среды и понижающую до минимума риск для людей и окружающей среды. Применительно к процессам - это рациональное использование сырья и энергии, исключение применения токсичных сырьевых материалов, уменьшение количества и степени токсичности всех выбросов и отходов, образующихся в процессе производства. С точки зрения продукции чистое производство означает уменьшение ее воздействия на окружающую среду в течение всего жизненного цикла продукта от добычи сырья до утилизации (или обезвреживания) после использования. Чистое производство достигается путем улучшения технологии, применением ноу-хау и/или улучшением организации производства (Зайцев, 1987). Отметим:, что эти определения не подразумевают возможности полной безотходности производства.[ ...]
На наш взгляд, современная технология достаточно развита, чтобы в целом ряде производств и отраслей промышленности приостановить рост отходов. И в этом процессе государство должно взять на себя роль руководителя и в плановом порядке разработать и реализовать в 1994-2010 гг. комплексную государственную программу внедрения безотходных производств и переработки скопившихся в Российской Федерации отходов.[ ...]
Технологии всех производственных участков взаимосвязаны. Объединяющим является принцип безотходности производства: продукты переработки отходов на одном производственном участке являются либо товарной продукцией, либо исходным материалом для переработки на другом участке. В конечном итоге, из твердых бытовых, медицинских и ряда промышленных отходов производятся: пористый наполнитель (пирозит), красящие пигменты и резиновая крошка. Избыток тепла, образующийся в результате работы установок центра, используется для переработки загрязненного снега и отопления производственных помещений.[ ...]
Во-первых, ресурсы необходимо использовать в таком цикле, который включал бы не только сферу промышленного производства, но и сферу потребления. Замкнутым такой цикл может быть только на уровне промышленного региона или территориальнопроизводственного комплекса. Следовательно, необходимо в рамках этого региона или комплекса найти потребителей отходов, производимых предприятиями. Во-вторых, должно быть обязательное использование в производстве всех компонентов сырья и сведение до минимума нерациональных энергозатрат. В-третьих, составной частью концепции безотходного производства является сохранение сложившегося экологического равновесия, иначе говоря, сохранение нормального функционирования ОПС, при котором оно не оказывает отрицательного воздействия на среду обитания чело-века, его здоровье. Напомним при этом, что критерием качества окружающей среды ныне являются предельно допустимые концентрации (ПДК) и рассчитанные на их основе предельно допустимые выбросы (ПДВ) и сбросы (ПДС).[ ...]
Наиболее правильным инженерным решением проблемы снижения уровня и интенсивности антропогенного загрязнения ОС является использование максимально замкнутых безотходных и малоотходных технологий переработки сырья, комплексное использование всех его составляющих, сведение к минимуму количества газообразных, жидких, твердых и энергетических отходов непосредственно в технологических процессах. Концепция безотходного производства была выдвинута академиками H.H. Семеновым и И. В. Петряновым-Соколовым.[ ...]
Различают непосредственные, перспективные и конечные цели охраны окружающей среды в промышленности. Непосредственной целью является сохранение и оздоровление окружающей среды в процессе экономического развития, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в интересах настоящего и будущих поколений людей. Перспективная цель - организация безотходного производства в промышленности. Наконец, конечная цель - это обеспечение экологизации всей производственно-хозяйственной деятельности, что является средством реализации принципа сочетания экономических и экологических интересов, закрепленных в Законе «Об охране окружающей природной среды».[ ...]
Основными направлениями охраны и рационального использования минерально-сырьевых ресурсов являются снижение их потерь при добыче, обогащении и переработке, совершенствование техники и технологии извлечения полезных ископаемых, комплексное использование на основе разработки и широкого внедрения ресурсосберегающих технологических процессов, создание малоотходных и безотходных производств и комплексов.[ ...]
Комплексное использование месторождении сл жит задачам охраны недр и земной поверхности. Примером является утилизация пород, идущих в отвалы. На металлургических, химических и других предприятиях, перерабатывающих минеральное сырье, улавливание газов и пыли, очистка сточных вод с извлечением полезных компонентов и утилизацией самих отходов, особенно организация замкнутых циклов, безотходного производства - это мероприятия, направленные на полное использование минерального сырья. Вместе с тем это является самым эффективным и перспективным путем охраны окружающей природной среды.[ ...]
Все, что производится человечеством для удовлетворения его потребностей в виде продуктов питания, одежды, мебели, машин, т. е. все, что добывается, строится, выпускается промышленностью и выращивается сельским хозяйством,- рано или поздно превращается в отходы. Часть этих отходов удаляется вместе со сточными водами, другая часть в виде газов, иаров и пыли попадает в атмосферу, но большая часть выбрасывается в виде твердых отходов. Поэтому развитие безотходного производства (по замкнутому циклу), значительно сокращающего количество промышленных отходов, в частности твердых, является актуальной проблемой.[ ...]
Утилизация осадков сточных вод имеет огромное экономическое значение для народного хозяйства. В настоящее время стоимость строительства очистных сооружений и их эксплуатации весьма обременительна для бюджетов городов, фабрик, заводов. Стоимость очистных сооружений уже сейчас составляет 15-20% и более стоимости самого предприятия. Если и в дальнейшем мероприятия по охране водных источников будут направлены только на все более глубокую очистку стоков, то эти вспомогательные для промышленных предприятий сооружения будут разрастаться, превращаясь в доминирующие по капитальным вложениям. Выходом из этого положения является создание безотходных производств с эффективной утилизацией как жидких, так и твердых отходов.[ ...]
Выбор путей совершенствования процессов охраны окружающей среды в каждой производственной системе зависит от экономической обоснованности технических решений, а также от природных особенностей конкретного региона. Например, в южных регионах нашей страны, в которых расположено большое число химических предприятий, имеется острый дефицит водных ресурсов. В таких условиях первоочередной задачей является внедрение водооборотных циклов. Ряд старых химических предприятий, расположенных часто в черте городской застройки, остро нуждается в сокращении выбросов летучих компонентов, в частности паров растворителей. При внедрении адсорбционной рекуперации растворителей не только предотвращается выброс в атмосферу токсичных компонентов, но и возвращается значительная их часть в основное производство. Таким образом, пути и методы постепенного создания малоотходных, а затем и безотходных производств на действующих предприятиях прежде всего основываются на специфике этих производств.
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.
