Основы промышленной экологии

Объектом изучения промышленной экологии является техносфера — составная часть антропосферы. Антропосфера — оболочка Земли, где реализуется деятельность человека (производственная, бытовая, собственно социальная).

Промышленная экология — наука об эколого-экономических системах, т. е. о совокупностях систем, включающих промышленное предприятие и другие объекты хозяйственной деятельности (транспорт, сельское хозяйство, гидротехнические сооружения, городское хозяйство) с территорией и всем комплексом живущих на этой территории организмов.

Иначе, промышленная экология — это раздел экологии, изучающий закономерности формирования природно-промышленных комплексов и способы обеспечения их экологической безопасности.

Главными задачами промышленной экологии являются поиск и реализация надежных способов и средств обеспечения условий выживания природы и человека при функционировании природно-промышленного комплекса.

Природно-промышленный комплекс — это структура, возникающая за счет взаимодействия предприятия, его функционирования, воздействия вспомогательных служб, жилья и всей инфраструктуры с природной окружающей средой, включающей как биотическую, так и абиотическую составные части.

Таким образом, при воздействии производственной деятельности человека на среду его обитания возникает система достаточно сложных природно-промышленных комплексов, состоящих из предприятия, вспомогательных служб, жилищного комплекса, различных коммуникаций, включая территорию, абиотическую и биотическую составляющие. Биотическая составляющая образована растительным сообществом (природным и частично искусственным, возникшим за счет формирования различных типов агроценозов), а также животными, сопутствующими человеку или теми животными и другими типами организмов, которые нормально переносят соседство человека.

Совокупность природно-промышленных комплексов на Земле образует техносферу. Техносфера является источником и благ, и опасностей для человека, так как создает специфические условия среды его обитания.

Важным понятием промышленной экологии является производственное предприятие.

Производственное предприятие — организация, осуществляющая производственный процесс, в результате которого получается конкретная продукция.

Производственное предприятие занимает определенную территорию, находится в конкретном здании, включает вспомогательные службы, имеет различные коммуникации и за счет своей производственной деятельности оказывает влияние на природную окружающую среду. Оно может включать воздействие самой деятельности, сопровождающейся изменением среды (например, строительное предприятие изменяет биогеоценоз при подготовке территории для строительства и т. д.), кроме этого, могут образовываться отходы производства, выделяться различные промежуточные продукты, отрицательно влияющие на среду обитания (например пыль при производстве цемента). Готовая продукция также может негативно влиять на среду обитания человека (например химическое оружие) и т. д.

По размерам производственные предприятия бывают крупные, средние и мелкие. Наибольшее воздействие на среду обитания оказывают крупные многотоннажные предприятия, но и мелкие предприятия, если их много, в совокупности также могут оказывать значительное влияние на природную окружающую среду. Так, прачечные, как правило, небольшие предприятия, но они могут сильно загрязнять природные водоемы за счет большого количества таких предприятий.

В основе деятельности любого предприятия лежит производственный процесс — совокупность операций по добыче и переработке исходных материалов (в общем случае — сырья) в определенную продукцию (она может быть как конечной продукцией, так и полуфабрикатом, т. е. служить основой для получения другой продукции).

Готовой продукцией называют продукт, полученный в результате завершения производственного процесса на данном предприятии.

Эту продукцию можно использовать или без дальнейшей переработки (например, пища на предприятиях массового питания), или как исходный материал для изготовления новой продукции (например, антрекоты из сырого мяса являются полуфабрикатами и служат основой для приготовления готовых мясных блюд; продукция домны — чугун передельный — является исходным веществом для получения стали и т. д.).

По характеру протекания производственные процессы бывают трех видов:

1. Непрерывные процессы — в систему непрерывно подаются исходные компоненты и непрерывно удаляются готовые продукты (например, доменный процесс — в домну непрерывно подают руду и шихту, а из домны извлекают расплавленный чугун; процесс может длиться от момента запуска домны до момента остановки на ремонт).

2. Периодические процессы протекают в три стадии: загрузка, непосредственно технологический процесс и выгрузка (примером периодических процессов является варка стали в мартеновских печах).

3. Комбинированные процессы включают стадии, которые реализуются по непрерывному и периодическому характеру.

Так, рассматривая производственный процесс варки стали из природных железных руд (а не из передельного чугуна) можно видеть, что получение чугуна осуществляется непрерывно, а варка стали в конверторах (или других аппаратах) — периодически.

По характеру циклов производственные процессы разделяют на три важнейшие группы:

1. Процессы с разомкнутой или открытой схемой (например, конверторный способ варки стали).

2. Процессы с замкнутой схемой (например, система охлаждения резца токарного станка при скоростном резании — охлаждающая эмульсия циркулирует между бачком, резцом и сборником жидкости).

3. Процессы со смешанной схемой (например, получение аммиака синтезом из азота и водорода — непрерывное поступление в колонну синтеза азота и водорода, выделение из колонны синтеза готового аммиака — замкнутый цикл, а не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращаются в колонну синтеза).

С экологической точки зрения, наилучшими являются процессы с замкнутым циклом, при которых вещества используются многократно и «обслуживающие вещества» (вода, обогревающие газы и т. д.) не выделяются в окружающую среду, а вновь применяются в производственном процессе, а из производственной сферы выделяется только продукция данного процесса.

Важнейшими понятиями промышленной экологии являются сырье, отходы производства, загрязнители, качество среды, ее показатели, природоохранная деятельность, ее принципы и компоненты.

Общая характеристика сырья, его классификаций и потребления

Основой любого производства является сырье, без которого ни одно производство не может функционировать.

Сырье — это природные или другие материалы, которые экономически выгодно перерабатывать в готовую продукцию.

Сырье получают либо из природных ресурсов, либо в качестве сырья используют отработанные в процессе эксплуатации изделия, пригодные для дальнейшего использования.

Природными ресурсами называют элементы природы (материальные и энергетические), которые применяются человеком в производственной деятельности для получения готовой продукции.

К материальным относят водные ресурсы, а также растения, животных, полезные ископаемые; к энергетическим — энергию Солнца, ветра, воды, тепловую энергию недр (гейзеры, теплоту нижних слоев земной коры и др.).

По характеру возобновляемости природные ресурсы разделяют на группы.

1. Исчерпаемые невозобновляемые (каменный уголь, нефть, рудные полезные ископаемые).

2. Исчерпаемые возобновляемые (почва, растительность, животный мир).

3. Неисчерпаемые (тепловая и световая энергия Солнца, энергия воды, ветра, приливов и отливов, водные ресурсы в целом и др.).

Важной составной частью природных ресурсов являются полезные ископаемые — материалы, которые добываются из недр Земли.

По составу различают рудные и нерудные полезные ископаемые.

Рудными полезными ископаемыми называют вещества, добываемые из недр Земли, которые являются сырьем для получения металлов или металлических сплавов. К ним относятся магнезит, красный железняк, сидерит, из которых получают чугун, сталь или чистое железо.

Нерудные полезные ископаемые применяются для получения любых продуктов неметаллического характера. Это нефть, каменный уголь, известняк, мрамор, мергели и другие полезные ископаемые.

Следует отметить, что полезные ископаемые являются составной частью природных ресурсов, образуя материальные ресурсы, из которых можно или извлекать энергию (природный и попутный газ, каменный уголь, частично нефть), или получать сырье для производства различной продукции. Нужно помнить, что полезное ископаемое становится сырьем только после его добычи и частичной переработки (например, многие руды требуют обогащения; добытое полезное ископаемое необходимо доставить к месту производства, измельчить и т. д.). Важно отметить, что сырьем для получения некоторых видов продукции является готовая продукция других производств, например из металлов получают сплавы, которые в свою очередь используют для изготовления машин и оборудования.

Существует несколько классификаций сырья.

По составу сырье разделяют на:

1) минеральное (образовано неорганическими веществами, иногда с примесью органических, например каменный уголь);

2) органическое — состоит из органических веществ, но может включать как примеси и неорганические вещества. Органическое сырье разделяют на растительное (семена злаковых и масличных растений и др.) и животное (мясо и шкуры животных, шерсть и др.). К органическому сырью можно отнести нефть, природные и попутные газы, но эти соединения и их смеси добывают из недр и они могут образовываться как из растительных, так и из животных организмов или иметь неорганическое происхождение (по одной из теорий происхождения нефти).

Минеральное сырье (как и полезные ископаемые) делят на рудное и нерудное.

По характеру источника сырье разделяют на первичное и вторичное.

Первичным сырьем называют такие вещества, которые впервые используются в производственном цикле. Так, первичным сырьем являются кокс, руда и флюсы в доменном процессе, передельный чугун при варке стали, целлюлоза, получаемая из древесины еловых растений, применяемая в производстве бумаги.

Вторичным сырьем называются вещества, которые содержатся в отработанных изделиях, используемые для получения новой продукции. Так, использованная бумага (газеты, книги и другая макулатура) является сырьем для получения новой бумаги специального назначения и добавляется к целлюлозе, применяемой впервые; железный лом вносят в передельный чугун при варке стали, из сала (различные обрезки, отходы) животных получают мыло и т. д. Вторичное сырье является дополнительным источником, позволяющим экономить полезные ископаемые и другие источники первичного сырья.

Вторичное сырье бывает минеральным и органическим.

Растительное и животное сырье (как первичное сырье) разделяют на пищевое и техническое, но это деление относительно и условно, так как часто пищевое сырье используют и в технических целях. Например, растительное масло, полученное из семян подсолнечника, применяют для приготовления олиф, мыла и других технических продуктов. В настоящее время ученые решают проблему замены пищевого сырья непищевым, что является одним из путей разрешения Продовольственной проблемы человечества.

Вторичное сырье является основой вторичных материальных ресурсов, т. е. веществ, которые ранее подвергались обработке, но за счет потери потребительских свойств или несоответствия определенным стандартам не включены в процесс использования по назначению.

Различают несколько групп вторичных материальных ресурсов.

1. Отходы производства — остатки исходного сырья, вспомогательных материалов и полуфабрикатов, образующихся в результате технологического процесса, которые утратили (хотя бы частично) свои потребительские свойства (например, кирпичная крошка, кирпичный лом, отработанные катализаторы, сучья, щепа и др.).

2. Отходы потребления — изделия и материалы, которые в процессе эксплуатации утратили свои потребительские свойства (например, порванные полиэтиленовые пакеты, макулатура, железный лом, изношенные одежда и обувь, использованная тара, пищевые отходы — несъеденная пища; отходы, образующиеся в процессе приготовления пищи — очистки, кусочки некондиционного мяса и жира являются отходами производства).

3. Побочные продукты — вещества, получающиеся из исходного сырья, обладающие высокими потребительскими свойствами, но не являющиеся целью данного производства (например, хлорид кальция в производстве кальцинированной соды, фосфогипс, образующийся при производстве фосфорных удобрений, не соответствующая кондиции плодовая продукция и др.).

В реализации производственной деятельности большую роль играют и энергетические ресурсы, которые, как и материальные, делят на первичные и вторичные.

1. Первичные энергетические ресурсы разделяют на традиционные и нетрадиционные.

К традиционным энергетическим ресурсам относят: 1) атомную (ядерную) энергетику; 2) тепловую энергетику; 3) гидроэнергетику.

Предприятия, на которых осуществляется получение энергии (атомные электростанции — АЭС, тепловые электростанции — ТЭС и гидроэлектростанции — ГЭС), вырабатывают практически все то количество энергии, которое обеспечивает производственные и бытовые нужды населения Земли.

Часть энергии получают, используя нетрадиционные источники, к которым относятся:

1) гелиоэнергетика (станции вырабатывают электроэнергию за счет солнечной радиации);

2) электростанции, работающие за счет энергии морских течений и приливов;

3) геотермальная энергетика использует энергию горячих подземных вод (на этом основана энергетика в Исландии);

4) ветровая энергетика (когда-то широко применялась, например, при работе ветряных мельниц);

5) моретермальная энергетика — ждет своего применения.

2. К вторичным энергетическим ресурсам относят:

1) использование энергии в виде тепла отходящих газов (так, смесь азота, водорода и аммиака, выходящая из колонны синтеза, нагревает смесь азота и водорода, поступающую в колонну синтеза);

2) использование тепла горячей воды, полученной в производственном процессе за счет охлаждения оборудования, в бытовых и других целях;

3) энергию, полученную за счет сжигания отходов производства

(например, уловленные из домны отходящие газы можно использовать как сырье для получения энергии, так как эти газы содержат СО, при сжигании которого выделяется энергия), и т. д.

Рассматривая вопросы, связанные с использованием ресурсов в производстве, важно понимать, что роль оптимального их использования велика как с экономической, так и с экологической точек зрения. Поэтому возникает проблема комплексного использования сырья, энергетических ресурсов, побочных веществ и отходов так, чтобы нанести минимальный вред природной окружающей среде. 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.