В настоящее время значительное количество горных пород, минералов, многокомпонентных смесей органических и неорганических веществ подвергают комплексной переработке. При этом из одной горной породы можно получать различные металлы, кислоты, соли, строительные материалы. Тем самым снижается объем отходов соответствующего производства, загрязняющих окружающую среду (уменьшается объем отвалов, количество шламов и пр.).

Сущность комплексного использования заключается в последовательной переработке сырья сложного состава в различные ценные продукты. В случае комплексного использования сырья основным технологическим операциям сопутствуют [23]:

* извлечение полезных, но не нужных основному производству веществ;

* переработка этих веществ в целевые продукты или полуфабрикаты, поставляемые собственному основному производству или другим предприятиям.

Пути решения максимально полного использования природного сырья, энергии с минимальным воздействием на окружающую среду следующие:

* создание бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых в настоящее время, и перспективных способов очистки водных систем от растворенных и взвешенных загрязняющих примесей;

* разработка и внедрение систем утилизации отходов основного производства;

* создание новых технологических процессов получения традиционных видов продукции с сокращением стадий, на которых образуется основное количество отходов;

* создание территориально-производственных комплексов с замкнутой внутри них структурой материальных потоков сырья, продукции и отходов.

Выбор путей совершенствования защиты окружающей среды: в каждой производственной системе зависит от экономической обоснованности технических решений, а также от природных особенностей конкретного региона.

Задача науки и технологии сводится к полному использованию сырьевых ресурсов, максимальному превращению сырья в используемые, полезные продукты.

Ниже рассмотрим примеры полного использования сырья в модифицированном ресурсном цикле.

Первым примером комплексного использования сырья может служить схема переработки апатито-нефелиновой руды, залежи которой имеются на Кольском полуострове (см. рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема комплексного использования ресурсного цикла апатито-нефелиновой породы [23]: 1 - процессы, осуществляемые в промышленности; 2 - потенциальные промышленные процессы

Минеральную породу измельчают и разделяют методом флотации: на апатит и нефелин.

Нефелиновая фракция содержит нефелин, небольшие количества апатита и титано-магнетита и небольшое количество минералов, включая редкие металлы. Из нефелина получают поташ, соду, алюминий, галлий, цемент. Из апатита получают фосфорные удобрения, фториды, гипс, но, как правило, не извлекают ценные редкоземельные элементы.

Другим примером комплексного использования органического сырья является термическая переработка топлива - угля, нефти, сланцев. Так, при коксовании угля, кроме металлургического кокса, получают коксовый газ и смолу, сырой бензол и аммиачную воду.

Современные схемы переработки каменноугольной смолы предусматривают первичную дистилляцию смолы на фракции: легкое масло, фенольную, нафталиновую, тяжелое масло, антраценовое масло, пек.

Антраценовое масло перерабатывают, и в небольших количествах из него извлекают антрацен, фенантрен, карбазол, акридин. Основная масса антраценового масла после добычи из него сырого антрацена используется для консервировании древесины , производства сажи и т.д.

Другим примером может служить пиролиз нефти (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема переработки нефти [23]

При пиролизе нефти получаются ксилол, бензол, при перегонке получают циклогексан, изопентан. Крекинг нефти позволяет получать олефины и (этилен, пропилен, бутилэтилен и др.).

Перечисленные вещества являются основой для производства мономеров для дальнейших процессов полимеризации (олефины), выработка которых в мире постоянно растет.

Этилен - наиболее крупнотоннажный продукт нефтехимической промышленности. На базе этилена производится по крайней мере десяток крупнотоннажных нефтехимических продуктов, которые, в свою очередь, являются источником получении сотен и тысяч конечных химических и нефтехимических продуктов.

Концепция полного использовании сырья реализуется в стремлении углубить переработку нефти и получить из нее максимум целевых продуктов.

Следующим важным направлением оптимизации ресурсного цикла является переработка отходов производства во вторичные материальные или энергетические ресурсы. Рассмотрим это направление на примере ресурсного цикла формирования потока отходов в лесопромышленном комплексе (рис. 2.6).

Рис 2.6 Структурная модель формирования потока отходов в лесопромышленном комплексе

Ведущие направления повышения эффективности использования низкокачественной, тонкомерной, лиственной древесины и отходов включают технологические, организационные, экологические, экономические, социальные и ресурсные составляющие. Последние определяют структуру и оценку запасов вторичных древесных ресурсов, их экономическую доступность, а также изменение качества древесных ресурсов в местах локализации. Все направления (подсистемы) связаны между собой. Прослеживаются связи и внутри самих подсистем (рис. 2.7).

Рис. 2.7 Ведущие направления повышения эффективности использования вторичных древесных ресурсов

Однако, наряду с несомненными достоинствами, эффективное использование низкотоварной, лиственной древесины и отходов связано с рядом проблем, решение которых в данный временной период затруднено объективными и субъективными условиями. Например, обострение проблемы замены устаревшего оборудования связано с необходимостью крупных инвестиций, а это обусловит сокращение рабочих мест в лесных поселках при внедрении высокопроизводительной процессорной техники. Использование низкокачественной древесины и отходов вскроет проблему экономической доступности такого вида сырья, дополнительного воздействия на природную среду при организации перерабатывающих производств и т. д. Тем не менее, эффективность использования отходов очевидна и решается при соответствующих объемах ресурсного потенциала.

На основании анализа литературных данных [24-31] усовершенствована модель ресурсного цикла древесных ресурсов леса и лесоматериалов (рис. 2.8). Снижение потерь и более эффективное использование отходов на каждом этапе цикла позволяет ему функционировать в замкнутом режиме по типу «ресурс - отход - ресурс».

Рис. 2.8. Ресурсный цикл древесинных ресурсов леса и лесоматериалов

Примечание. Цифры со скобками - усредненные литературные данные по РФ.

На мелких перерабатывающих предприятиях образуется небольшое количество отходов, которые, как правило, вывозятся на свалки и в отвалы. Это создает серьезные экономические и экологические проблемы, требует значительных затрат на сортировку, перевозку, уничтожение отходов. Возможные направления использования вторичных древесных ресурсов (рис. 2.9) рассматривались в ряде монографий и множестве статей, были предметом обсуждения на целевых научно-практических конференциях и круглых столах.

Рис. 2.9. Обобщенная модель образования и потенциального использования древесных отходов:

1 - производство технологической щепы; 2 - производство топливной щепы; 3 - использование в качестве топлива; 4 - газификация древесины с получением генераторного газа и жидких топлив; 5 - производство древесного угля; 6 - производство активированного угля; 7 - производство биологически активных веществ (витаминной муки, эфирных масел); 8 - производство кормов; 9 - производство компостов, органических удобрений и искусственных земель; 10 - производство пустотелого бруса; 11 - производство клееных материалов; 12 - производство столярных плит (щитов); 13 - производство торцевого паркета; 14 - гидролизная промышленность; 15 - лесохимическая промышленность; 16 - производство товаров народного потребления; 17 - производство плитных и древесных композиционных материалов; 18 - производство строительных материалов; 19 - сельскохозяйственное использование (кроме кормовых целей); 20 - другие направления переработки

Ряд направлений использования древесных отходов были реализованы в условиях лесопромышленных комплексов и крупных производств, другие прошли испытания в полупромышленных условиях или представляют собой результаты лабораторных исследований. Следует отметить, что потенциальные перспективы и реальные возможности использования вторичных древесных ресурсов далеко не тождественные категории. Их эффективный симбиоз существенным образом определяется как специализацией предприятий, так и их масштабностью.

Использование отходов для топливно-энергетических целей, без ограничения при этом производства тепла (рис. 2.10). Это наиболее перспективное и широко обсуждаемое направление переработки вторичных древесных ресурсов.

Рис. 2.10 Возможности получения тепловой энергии

В соответствии с прогнозами, к 2060 г. доля традиционных видов топлива (нефти, газа и угля) будет составлять третью часть от общего объема энергоресурсов, который, по крайней мере, увеличится в три раза по сравнению с нынешним уровнем. По мнению фирмы JOHN Deere, вся остающаяся на лесосеке древесина должна быть превращена в щепу и использована для получения энергии [26]. Интерес к использованию вторичных древесных ресурсов в качестве топлива обусловлен экономической нецелесообразностью в ряде случаев переработки тех или иных видов отходов, ростом цен на нефть и газ, а также повышением экологических требований к производству тепла и энергии. Основные экологические и экономические преимущества использования древесных отходов в качестве топлива достаточно убедительны [27]:

- практически исключается загрязнение атмосферы сернистым ангидридом;

- сжигание в домовых печах дров вместо угля обеспечивает уменьшение выбросов оксидов азота в 2-6 раз и сажи - в 2-6 раз;

- в 10-80 раз уменьшаются выбросы полициклических ароматических соединений (ПАУ) и в 10-40 раз - выбросы бензапирена;

- обеспечивается поддержание углеродного баланса.

В отдаленных лесных поселках использование дров и древесных отходов для энергетических целей экономически целесообразно. Шведскими учеными разработан, проверен и предложен полный комплекс оборудования для сбора, рубки, транспортировки и хранения топлива. Показано, что его себестоимость в радиусе 200 км не превышает 4,18 долларов США за 1 м³ [28].

Таким образом, анализ возможных и перспективных направлений переработки показал, что эффективность использования вторичных древесных ресурсов может быть обеспечена только при условии комплексного подхода к решению проблемы, с учетом ресурсных, социальных, экономических и экологических условий.

Выводы

Сегодня человечество интенсивно изменяет процессы круговорота всех химических веществ не только на локальном, но и на биосферном (глобальном) уровне.

Для того чтобы создать необходимую продукцию, получить энергию, сырье, человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них необходимые предметы. Таким образом, человек вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества (или группы веществ) на всех этапах использования его человеком (включая его выявление, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение и возвращение в природу).

Слово "цикл" предполагает замкнутость процесса. Известно, что в природе все химические вещества (вода, газы, металлы) движутся по замкнутому циклу. Ресурсный цикл как круговорот фактически не замкнут.

Концепция ресурсных циклов была предложена И. В. Комаром. Он выделил следующие ресурсные циклы: цикл энергоресурсов и энергии с гидроэнергетическим и энергохимическим подциклами; цикл металлорудных ресурсов и металлов с коксохимическим подциклом; цикл неметаллического ископаемого сырья с подциклами горно-химических и минеральных строительных материалов; цикл почвенно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья; цикл лесных ресурсов и лесоматериалов; цикл ресурсов дикой фауны и флоры. Первые три цикла связаны с невозобновимыми ресурсами, а остальные - с возобновимыми природными ресурсами. Что касается невозобновимых ресурсов, то их истощение со временем неизбежно, и задача заключается не столько в том, чтобы растянуть эти ресурсы на более длительный срок, сколько в том, чтобы до исчерпания того или иного природного ресурса найти ему заменитель природного или искусственного происхождения, либо изыскать возможность его регенерации за счет использования вторичного сырья.

Положительной является современная тенденция в развитых странах, когда ресурсные циклы постепенно трансформируются на основе природных принципов взаимосвязи и замкнутости. Такая их организация в конце концов ведет к без безотходному производству, то есть к такой организации технологических процессов, когда отходы одних процессов используются как сырье для других, что обеспечивает полную утилизацию отходов. Но пока у большинства производств образование тех или иных отходов неизбежно. Поэтому сейчас реальной целью является переход к малоотходным производствам, которые характеризуются максимально возможной утилизацией отходов.

Деятельность человека добавляет к ПРП территории качественно новый признак: наряду с самоорганизованной, она становится управляемой системой, направленность функционирования которой подчинена не только саморегуляции потоков веществ, энергии и информации, но и экономическим интересам. Имея непосредственную связь с общественным производством, с удовлетворением потребностей людей, ПРП территории во многом является фактическим потенциалом всего дальнейшего прогресса общества.

Современные модификации ресурсных и энергетических циклов показали, что основным направлением современного рационального природопользования являются следующие подходы:

1. Оптимизация ресурсных циклов на базе ТПК с целью снижения потребления ресурсов путем их комплексной переработки.

2. Минимизация образования отходов вследствие уменьшения неиспользованной части ресурсов и предотвращение перехода их в отход.

3. Использование отходов производств в качестве вторичных материальных или энергетических ресурсов и вовлечение их в ресурсный цикл.

Список использованной литературы

1. Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 7.080201 «Информатика», 8.090220 «Оборудование химических производств и предприятий строительных материалов»/ Составитель Рубан Э.В., г. Рубежное - 2007. - 101 с.

2. Ресурсы, среда, расселение. -- М.: Наука, 1974.

3. Максаковский В Л. Географическая культура: учебное пособие для студентов вузов. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. -1998. - 416 с/

4. Комар И. В. Рациональное использование природных ресурсов и ресурсные циклы. -- М.: Наука, 1975.

5. Машбиц Я. Г. Основы страноведения. -- М.: Просвещение, 1998.

6. Лавров С. Б., Сдасюк Г. В. Этот контрастный мир. Географические аспекты некоторых глобальных проблем. -- М.: Мысль, 1985.

7. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. -- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.

8. Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология. М.: ЮНИТИ, 1998. -- 415 с.

9. Черников В.А. и др. Агроэкология. -- М.: Колос, 2000. -- 536 с.

10. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. -- СПб: Химия, 1996. -- 240 с.

11. Наумов Ю.А. Природопользование: Учебное пособие. - Находка: Институт технологии и бизнеса, 2003. - 84 с.

12. Баландин Р. К. А. Е. Ферсман. -- М.: Просвещение, 1982.

13. Экономика природопользования и охраны природной среды [Текст]: учеб. пособие / В.В.Ананишнов. - СПб : [б. и.], 1994. - 140 c.

14. Колосовский Н. Н. Теория экономического районирования. - М.: Мысль, 1969.

15. География: Сборник авторских программ для 10--11 классов

16. профильных школ. -- М.: Просвещение, 1994.

17. Экономическая и социальная география России / Под ред. А. Т. Хрущева. -- М.: Крон-Пресс, 1997.

18. Трофимов А. М., Гайсин И. Т., Рубцов В. А. Актуальные проблемы социально-экономической географии: учебное пособие. - Казань: РИЦ «Школа», 2008. - 176 с.

19. Трофимов А. М., Шарыгин М. Д. Общая география (вопросы теории и методологии): монография. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2007. - 402 с.

20. Шарыгин М. Д. Основные проблемы экономической и социальной географии: учебное пособие по спецкурсу. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1997.

21. Шарыгин М. Д. Региональная организация общества. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1992.

22. Бабурин В. П. Эволюция российских пространств: от Большого взрыва до наших дней (инновационно-синергетический подход). - М.: Едиториал УРСС, 2002. - 272 с.

23. Зырянов А. И. Регион: пространственные отношения природы и общества. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2006. - 372 с.

24. Сутягин В.М. Принципы разработки малоотходных и безотходных технологий: учебное пособие / В.М. Сутягин, В.Г. Бондалетов, О.С. Кукурина. - 2-е изд., перераб. и доп. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 184 с.

25. Петров А. П. Организация комплексного использования лесных ресурсов. М., 1978.

26. Гомонай М. В. Ресурсосберегающие технологии измельчения древесины на щепу в рубительных машинах с многорезцовыми и ножевыми органами. Воронеж, 2003.

27. Хеллберг М. Биомасса - реальная альтернатива наиболее распространенным видам топлива // News: международный журнал по лесозаготовительной технике. 1999. № 2.

28. Филиппов С. П. Возможность и эффективность использования древесного топлива в системах централизованного и децентрализованного теплоснабжения Иркутской области // Оценка возможностей рынка энергии биомассы в Сибири и на Дальнем Востоке. Хабаровск, 2001.

29. Ефремов Д. Ф. Ресурсы фитомассы на территории Дальнего Востока и Восточной Сибири применительно к энергетическим задачам // Оценка возможностей рынка энергии биомассы в Сибири и на Дальнем Востоке. Хабаровск, 2001.

30. Пиялкин В. Н. и др. Технические и экономические аспекты термохимических методов получения жидкого топлива из древесного сырья // ИВУЗ. Лесной журнал. 2001. № 4.

31. Программа комплексного использования низкотоварной древесины и отходов лесопереработки на 2002-2005 гг. / Рук. В. В. Шкутко. Хабаровск, 2002.

32. Лобовников Т. С., Петров А. П. Экономика комплексного использования древесины. М.,1976.

Размещено на Allbest.ru