Оценка жизненного цикла продукции как метод прогнозирования воздействия на окружающую среду

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка жизненного цикла продукции как метод прогнозирования воздействия на окружающую среду

Введение

Актуальность работы: Любая продукция в процессе изготовления, распространения, эксплуатации и утилизации оказывает какие-либо воздействия на окружающую среду. Эти воздействия могут быть различными: от незначительного до существенного, кратковременными или длительными и могут проявляться на глобальном, региональном или локальном уровне. Важность проблемы охраны окружающей среды и возможных воздействий, связанных с изготовляемой и потребляемой продукцией <1>, повышает интерес к разработке методов, направленных на снижение этих воздействий. Одним из методов, разрабатываемых для этой цели, является оценка жизненного цикла (ОЖЦ). В настоящем стандарте приведены принципы и структура ОЖЦ, обеспечивающие проведение исследования и представление отчетности по ОЖЦ, а также некоторые минимальные требования к методу. [1]

Отходы горного производства (а. mining wastes; н. Bergbauabgange; ф. dechets miniers; и. residuos de industria minera, deshechos de industria minera, esсоmbros de industria minera) -- неиспользуемые продукты добычи и переработки минерального сырья, выделяемые из массы добытого полезного ископаемого (горные массы) в процессах разработки месторождения,обогащения и химико-металлургической переработки.

Отходы всегда сопровождали горнодобывающее и горно-перерабатывающее производство, однако почти до середины 20 века отходы горного производства не рассматривались как особая проблема. С ростом добычи полезных ископаемых количество отходов стало быстро расти, причём значительно быстрее, чем выход продукции, т.к. одновременно уменьшалось содержание полезных компонентов в рудах, увеличивалась зольность углей, усложнялись условия разработки месторождений и соответственно увеличивался выход отвальных и вскрышных пород. Общее количество добываемого в мире минерального сырья оценивается приблизительно в 100 млрд. т в год и растёт с периодом удвоения 10-12 лет. Из этого количества используется не более 30-40% (включая строительные материалы и горючие полезные ископаемые) [2]

Исследованию подобных инструментов, в том числе и в горнопромышленном комплексе, посвящены труды: Абалкиной И., Аткинсона Э.Б., Балацкого О.Ф., Бобылева С.Н., Бьюкенена Дж., Гирусова Э.В., Дистергефт JI.B., Игнатьевой М.Н., Козакова Е.М., Коуза Р.Х., Лобанова Н.Я., Литвиновой A.A., Лопатина В.Н., Лукьянчикова H.H., Маркандия А., Мочаловой Л.А., Новоселова А.Л., Пахомова В.П., Пахо-мовой Н.В., Потравного И.М., Протасова В.Ф., Ревазова М.А, Рихтера К.К., Романовой O.A., Самуэльсона П., Сафронова Ё.В., Сахаева В.Г., Стиглица Дж., Чепурных Н.В., Шевчука А.В, Щербицкого Б.В., Яндыганова Я.Я. и др.

Практически все аналитики и практики отмечают важность учета экологического фактора в условиях перехода к устойчивому развитию. Однако недостаточна теоретическая и практическая проработка данного вопроса и как следствие этого недостаточная обоснованность принятия управленческих решений при освоении ресурсов недр делают актуальным тему данного реферата его цели и задачи.

Цель реферативной работы: Проанализировать стадии жизненного цикла отходов добычи и переработки железной руды и дать оценку их влиянию на уровень загрязнения окружающей природной среды.

Достижение поставленной цели потребовало постановки и решения следующих задач:

- рассмотреть этапы производства продукции, а также стадии добычи природных ресурсов, изготовления и утилизации отходов.

- выявить факторы и условия влияния горнодобывающего предприятия на окружающую среду

1.Основная часть

загрязнение горнодобывающий отходы

Проанализировав прочитанную литературу и статьи, можно говорить о том, что экологическая проблема горнодобывающей и металлургической промышленности нуждается в ее глубоком изучении и оценке. Для изучения данной проблемы существует множество методов, основным из которых на сегодняшний день является метод оценки жизненного цикла, ОЦЖ (рус.) или Life-Cycle Assessment, LCA (англ.), одним из ведущих инструментов экологического менеджмента в Европейском союзе, основаном на серии ISO-стандартов и предназначенный для оценки эколого-экономических, социальных аспектов и воздействий на окружающую среду в системах производства продукции и утилизации отходов. Универсальный в своем роде метод ОЖЦ используют практически во всех отраслях промышленности, в частности в машиностроении, горнопромышленном комплексе, строительстве, электронике, традиционной и альтернативной энергетике, производстве полимеров, продуктов питания, дизайне продукции и утилизации отходов. [11]

Однако с появлением множества методологий и программных продуктов проведения ОЖЦ возникали проблемы при сравнении результатов анализов разных исследований, так как до последнего времени еще не существовало общей методологии, критериев оценки и равноценных источников информации. Именно поэтому был разработан Международный Стандарт ИСО 14040-14043, который унифицировал методологию ОЖЦ и предоставил возможность для сравнения результатов разных анализов [3].

Существует несколько определений ОЖЦ. Например, Международная организация стандартов так определила понятие жизненного цикла: «...последовательные и взаимосвязанные стадии жизненной системы продукта или процесса, начиная с добычи природных ресурсов и заканчивая утилизацией отходов», а оценка жизненного цикла - это: «...систематизированный набор процедур по сбору и анализу всех материальных и энергетических потоков системы, включая воздействие на окружающую среду во время всего жизненного цикла продукта и/или процесса...» [4].

Оценка жизненного цикла - это процесс оценки экологических воздействий, связанных с продуктом, процессом или другим действием путем определения и количественного вычисления:

объемов потребленной энергии, материальных ресурсов и выбросов в окружающую среду;

количественной и качественной оценки их воздействия на окружающую среду;

определения и оценки возможностей для улучшения экологического состояния системы.

Оценка проводится с целью получения исчерпывающей оценки экологического воздействия, которая дает более надежную информацию для принятия экономических, технических и социальных решений. Следует подчеркнуть, что сам ОЖЦ не решает экологические проблемы, а скорее предоставляет нужную информацию для их решения [2]. Исходя из главного принципа ОЖЦ - «от колыбели до могилы», экологизации подлежит вся продукционная цепочка - от производства продукции до ее утилизации.

Согласно ISO 14040 оценка жизненного цикла состоит из четырех этапов:

1. Определение цели и области применения (ISO 14041).

2. Инвентаризационный анализ жизненного цикла (ISO 14041).

3. Оценка воздействия на протяжении жизненного цикла (ISO 14042).

4. Интерпретация жизненного цикла (ISO 14043). [1]

1. Предмет и методика исследования

В данной работе проведена комплексная экологическая оценка жизненного цикла отходов при добыче и переработки железной руды.

Жизненный цикл (полный жизненный цикл - ПЖЦ) - последовательность взаимосвязанных составляющих продукционной системы, начиная с процесса добычи сырья или воспроизводства природных ресурсов до конечной стадии - удаления отходов.

Стадии жизненного цикла - совокупность единичных процессов, объединенных по какому - либо принципу (например, обычно выделяют стадии производства, эксплуатации, утилизации и др.).

В соответствии с определенными на первом этапе оценки по ПЖЦ целью и сферой проводят инвентаризационный анализ входных и выходных потоков для единичных процессов и продукционной системы в целом. [12]

Перед тем как описывать процедуру проведения инвентаризации необходимо более подробно рассмотреть основные понятия, используемые на этом этапе оценки ПЖЦ:

а) продукционная система;

б) единичный процесс;

в) категория данных;

г) модель продукционной системы.

Продукционная система - совокупность материально и энергетически взаимосвязанных единичных процессов, реализующих одну или более определенных функций. На рисунке представлен пример схемы продукционной системы. Описание продукционной системы включает единичные процессы, элементарные потоки (материалов и энергии) и потоки продукции, которые пересекают границы системы, а также потоки промежуточных продуктов внутри системы. Основной характеристикой продукционной системы является ее функция (назначение), в то же время система не может характеризоваться исключительно конечной продукцией. [5]

Рисунок 1 - Схема продукционной системы строительных материалов из отходов переработки железной руды

Продукционная система подразделяется на несколько единичных процессов. Единичный процесс - наименьшая часть продукционной системы, используемая в качестве самостоятельной функциональной единицы, при проведении оценки по ПЖЦ. Единичные процессы связаны: друг с другом элементарными потоками промежуточных продуктов и (или) отходов, проходящих последующую переработку; с другими продукционными системами потоками продукции; с окружающей средой элементарными потоками сырья, энергии, выбросов, сбросов, отходов. [13]

Каждый единичный процесс является физико-химическим процессом, поэтому должен подчинятся законам сохранения массы и энергии. Проверка баланса масс и энергий является полезным способом оценки правильности и полноты собранных инвентаризационных данных.

Для проведения инвентаризации создают модель продукционной системы, которая однозначно описывает взаимосвязи между единичными процессами и между продукционной системой и окружающей средой.

При оценке жизненного цикла рассматриваются все стадии добычи природных ресурсов, изготовления, транспортировки, эксплуатации и утилизации [6]. Метод основан на оценке входных и выходных материальных потоков единичных процессов, а также возможных воздействий на окружающую среду на всем протяжении жизненного цикла продукции. Единичный процесс добычи железной руды в рамках продукционной системы представлен на рисунке 2.

Рисунок 2- Единичный процесс «добыча железной руды» в рамках продукционной системы

2.Оценка воздействия на протяжении жизненного цикла

В данной таблице проведена оценка воздействия на окружающую среду при добыче и переработке железных руд на протяжении жизненного цикла

Таблица 1- Оценка воздействия на окружающую среду при добыче и переработке железных руд на протяжении жизненного цикла [7]

Добыча и переработка полезных ископаемых оказывает негативное воздействия на все составляющие биосферы, что может привести к необратимым последствиям в естественном цикле природы. Образуются большие объемы отходов их обогащения, складирование которых требует значительных площадей, приводит к изменению рельефа, нарушению инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий района размещения хранилища отходов. Все это говорит о том, что поиск альтернативных решений по использованию данных отходов должна стать приоритетной задачей для горнопромышленных предприятий.

3. Интерпретация жизненного цикла

Существует проблема переработки отходов горно-металлургических и горно-обогатительных предприятий, производящих цветные, редкие и благородные металлы. В настоящее время зачастую из комплексных руд извлекается один ценный компонент, остальные уходят с пустой породой в отвалы. Такое положение связано, как правило, с тем, что на предприятиях используются устаревшие технологии обогащения, с помощью которых невозможно комплексное обогащение многих руды и полное извлечение из них ценных компонентов.

Несмотря на важность решения экологических проблем, разработка хвостохранилищ в условиях рыночных отношений должна быть в первую очередь рентабельной. Это возможно только при использовании безотходной технологии их обогащения с высокой степенью извлечения ценных продуктов и использовании пустой породы для производства товарной продукции.

Повторное флотационное обогащение хвостов на имеющемся оборудовании обогатительных фабрик экономически нецелесообразно, поскольку степень извлечения концентратов будет низкой, а количество вновь образуемых отходов будет более 50%, т. е. более 60 млн. тонн.

Основной идеей стратегии переработки отходов должна быть 100% утилизация хвостов, приносящая 100% прибыль. Ее реализация на сегодняшний день осуществима по сухой технологии обогащения на оборудовании, выпускаемом российскими предприятиями.

С точки зрения экономической эффективности сухое обогащение хвостов имеет следующие преимущества:

1. Снижение (на 50% и более) себестоимости переработки отходов за счет отказа от использования воды и флотореагентов;

2. Получение всех продуктов разделения сухими (промпродукты и вторичные хвосты), которые имеют более высокую коммерческую ценность, чем мокрые (например: концентраты железа и т. п. с одной стороны и сухие классифицированные хвосты в виде песка различной крупности и пылевидной фракции для керамического производства с другой).

3. Разделение отходов на классы, компоненты которых (минералы) отличаются по крупности, магнитным и электрическим свойствам, что позволяет использовать для получения железосодержащего концентрата сухую магнитную и электрическую сепарацию. [8]

Анализ гранулометрического, минерального и химического состава хвостов обогащения железных руд предлагает их комплексную переработку с целью получения:

· железосодержащего концентрата;

· строительного песка;

· кирпича керамического;

· порокремниевого гравия и камнелитых плиток.

Технологическая схема массоподготовки для производства указанной продукции состоит из 3-х стадий.

Целью первой стадии является снижение влажности и усреднение отходов, которое может производиться как в процессе добычи, так и непосредственно при организации запасника с использованием загрузочных и разгрузочных комплексов.

На второй стадии осуществляется частичное выделение тяжелой сульфидной части (магнетит) с помощью магнитной сепарации.

Третья стадия - сушка и разделение хвостов на классы с целью получения песка и сырья для производства кирпича. Использование на третьей стадии электросепарации позволит дополнительно извлечь магнетит и пирит из тонких классов хвостов. Полученные промпродукты и сухие минеральные смеси разных классов крупности готовы для промышленного использования с целью получения товарной продукции.

Тонкодисперсная алюмосиликатная часть (фракция менее 140 мкм) хвостов, остающаяся после получения строительного песка, является материалом, на основе которого была получена промышленная партия керамического кирпича полусухого прессования марок 125-150 средней плотностью 1,77-1,83 г/см3, морозостойкостью более 25 циклов. [9]

Таким образом, хвосты обогатительной и фабрик, которые в настоящее время являются экологическим бедствием для предприятий, могут стать ценным месторождением техногенного сырья. Наиболее значимым было бы решение полной утилизации текущих хвостов, что дало бы огромный экономический эффект за счет исключения эксплуатационных расходов по хвостохранилищу. На рисунке 3 представлена схема направления возможного использования отходов переработки железной руды.

Рисунок 3- Схема направления возможного использования отходов переработки железной руды

Гравитационные и магнитные методы на сегодняшний день являются наиболее дешевыми, простыми и экономичными методами обогащения. Поэтому комплексную переработку и утилизацию отходов обогатительных фабрик и необходимо проводить по технологии сухого обогащения с магнитной сепарацией исходного сырья и электросепарацией получаемого продукта. Основанием для такого вывода являются результаты геологических исследований, научно-исследовательских работ СибНИИСтромпроект и опытно-промышленных испытаний Технологической лаборатории «Запсибгеология». [10]

Экономическая перспектива сухих методов обогащения отходов состоит, прежде всего, в отказе от воды и флотореагентов. Это резко удешевляет природоохранные мероприятия и снижает энергетические расходы во всех операциях технологии обогащения. Следующая задача: как экономическую перспективу успешно реализовать в проекте и рентабельном предприятии.

Первый этап - разработка опытно-промышленной установки на 5-6 т/ч по сухой технологии, ее запуск и проведение комплексных исследований и испытаний на хвостохранилище, определение удельных показателей.

Второй этап - проектирование и строительство полномасштабного предприятия.

1. Огромные территории по площади занимают отходы обогатительных фабрик, вскрышные породы угольных предприятий, железорудных и золотодобывающих и других производств.

2. Многие отходы обогащения являются ценным сырьем из-за высокого содержания в них полезных элементов. Это можно проиллюстрировать на примере отходов обогащения железных руд. Это отходы или хвосты содержат в своем составе:

Использование многотоннажных промышленных отходов даст народному хозяйству значительный экономический и социальный эффект, обусловленный экономией сырья, уменьшением расходов на складирование и транспортирование отходов, сокращение отводимых под отвалы земель.

Анализ вариантов решения проблемы переработки фабричных отходов показывает, что легкая фракция хвостов может стать дешевым сырьем для строительной индустрии только при сухой технологии обогащения. Предлагаемая технология «мокрого» обогащения в качестве новых отходов будет сбрасывать в шламоотстойники именно силикатную часть хвостов, превращение которой в строительные материалы при их дисперсности и влажности становится нерентабельным. [8]

При организации переработки хвостов по технологии сухого обогащения:

· их грубозернистая силикатная часть может использоваться вместо песка для кладочных растворов и бетонов,

· а шламистая часть отходов может служить дешевым сырьем для производства изделий стеновой керамики. Примерная технологическая схема производства показана на рисунке.

Например научные исследования были проверены в промышленных условиях на Ермаковском заводе керамических стеновых материалов. На основе шламистых железорудных отходов была выпущена опытно-промышленная партия керамического кирпича марки 150. Кирпичи, благодаря особенностям структуры, имели морозостойкость более 35 циклов и высокий предел прочности при изгибе (более 10 МПа) [8]

Таким образом, разработанная схема сухого обогащения позволит решить вопросы комплексной переработки железорудных отходов и использовать в качестве строительных и иных материалов.

Заключение

Горное производство является существенными источником нарушения и загрязнения всех элементов биосферы. При добыче и переработки полезных ископаемых образуются большие объемы отходов их обогащения, складирование которых требует значительных площадей для их размещения, что в свою очередь приводит к изменению рельефа, нарушению инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий района , поэтому оценка и прогноз степени их воздействия на окружающую среду являются весьма актуальными и необходимыми, поскольку позволяют заранее разработать эффективные природоохранные мероприятия, чтобы не нанести непоправимый ущерб экологии. Одним из наиболее эффективных методов оценки прогнозирования воздействия на окружающую среду является оценка жизненного цикла, поскольку этот метод позволяет рассматривать не только этапы производства продукции, но и стадии добычи природных ресурсов, изготовления, транспортировки, эксплуатации и утилизации, т.е «от колыбели до могилы». В области управления отходами с использованием методологии ОЖЦ играют все более важную роль при выборе наиболее приемлемых решений по их утилизации. В случае анализа системы управления отходами ОЖЦ принимается в качестве основы для сравнения экологической эффективности различных вариантов обращения с отходами и принятия стратегических решений.

Оценка проводится с целью получения исчерпывающей оценки экологического воздействия, которая дает более надежную информацию для принятия экономических, технических и социальных решений. Следует подчеркнуть, что сам ОЖЦ не решает экологические проблемы, а скорее предоставляет нужную информацию для их решения .

Таким образом, метод ОЖЦ находит все более широкое практическое применение в различных отраслях. Кроме прямого применения для оценки продукции, также ОЖЦ используется в более широком контексте для разработки сложных бизнес-стратегий, государственной политики, касающейся различных сторон жизни общества

Основным направлением утилизации хвостов обогащения является использование их в качестве вторичного сырья для производства строительных материалов. Пески из отходов обогащения могут использоваться в кладочных и штукатурных растворах, получения силикатного кирпича, устройства искусственных оснований под дороги, здания, сооружения, для обратных засыпок, в качестве сырья для получения бесклинкерного шлакоцемента (совместным помолом песка с доменными шлаками), а так же для приготовление многокомпонентного мелкозернистого бетона из отходов обогащения железных руд.

В заключение можно сказать, что для каждого товара компания должна разработать стратегию его жизненного цикла. Каждый товар имеет собственный жизненный цикл с присущим ему специфическим набором проблем и возможностей. Создание стратегического планирования на основе жизненного цикла продукта является необходимой для стабильного и длительного роста компании, а также для устойчивого развития в целом.

Библиографический список

загрязнение горнодобывающий отходы

1. ГОСТ Р ИСО 1440-2010. Экологический менеджмент. Оценка Жизненного Цикла. Принципы и структура / Национальный стандарт Российской Федерации. - М. : Стандартинформ, 2010.

2. Барлыбаева Н. Инновационный механизм природосберегающих технологий // Промышленность Казахстана. - 2011. - №6 (69). - С. 34 - 36.

3. Большина Е.П. Экология металлургического производства: Курс лекций. - Новотроицк: НФ НИТУ «МИСиС», 2012. 155 с.

4. Воробьев А.Е., Балыхин Г.А., Комащенко В.И. Национальная минерально-сырьевая безопасность России: современные проблемы и перспективы: Учебник. - М.: Высшая школа, 2007. - 471 с.

5. Галиев С., Жумабекова С. Анализ потребления ресурсов на предприятиях горно-металлургического комплекса. Промышленность - 2011. - №4 (67). - С. 38 - 43.

6. Гальперин А.М., Кириченко Ю.В., Кутепов Ю.И. Комплексный подход к экологически безопасному освоению техногенных массивов // Горная промышленность. - 2011. - №5(99). - С. 22 - 28.

7. Каренов Р.С. Приоритеты стратегии индустриально-инновационного развития горнодобывающей промышленности - Астана: Издательство КазУЭФМТ, 2010. - 539 с.

8. Корина Л. Бережно - к природе, экономно - к ресурсам // «Казахстанская правда», 9 февраля 2012 года, С. 5

9. Лемешев С. Выгоды «зеленой» модернизации // «Казахстанская правда», 24 ноября 2011 года, С. 8.

10. Лесовик Р.В., Алфимова Н.И., Ковтун М.Н., Ластовецкий А.Н. О возможности использования техногенных песков в качестве сырья для производства строительных материалов. Региональная архитектура и строительство. 2008. №2. С 10-15.

11. Меньшиков В.В., Савельева Т.В. Методы оценки загрязнения окружающей среды: Учебное пособие. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2009. - 60 с.

12. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравея. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.

13. Christensen T. Solid Waste Technology & Management. - ISWA, 2011. - 1026 pp.

Размещено на Allbest.ru