БарГУ.by » Учебные материалы » Лекции » Производственные технологии » Экологические проблемы технологического прогресса в промышленности и АПК

Экологические проблемы технологического прогресса в промышленности и АПК

Экологические проблемы технологического прогресса в промышленности и АПК

1 Источники возникновения и варианты переработки промышленных отходов
2 Экологические проблемы технологического прогресса и технологические методы их решения в промышленности и АПК
3 Охрана воздушного бассейна
4 Защита водных ресурсов от загрязнения

 

Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера

1. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является промышленное производство, в которое вовлекаются значительные объемы природных ресурсов. Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий.
Изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно разделить на преднамеренные, заранее прогнозируемые, осуществляемые с определенной целью (создание плотин, орошение, рубка леса и т. д.) и попутные, неизбежно связанные с преднамеренными (затопление земель, засоление почвы и т. д.).
В результате функционирования общественного производства возникают отходы — побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения. Следует отметить, что хотя отходы являются критерием несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой, их появление может быть экономически оправданным.
Промышленные отходы образуются в основном по следующим причинам:
1. наличие в исходном сырье примесей, т. е. компонентов сырья, которые не используются в данном технологическом процессе для получения готового продукта;
2. применение в процессах вспомогательных веществ, которые вырабатываются и становятся непригодными для дальнейшего использования (катализаторы, растворители, сорбенты, фильтрующие материалы и т. д.);
3. протекание побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ;
4. неполное извлечение ценного компонента из исходного сырья в ходе технологического процесса;
5. механические потери продуктов из-за негерметичности оборудования и коммуникаций.
Все отходы (назовем их первичными) содержат, как правило, ценные компоненты, которые целесообразно после дополнительной технологической обработки возвращать в полезный оборот.
Для пищевой промышленности, перерабатывающей многокомпонентное сырье, проблема ресурсосбережения, комплексного использования сырья особенно важна.
В настоящее время отходы растительного сырья играют большую роль в решении продовольственных, экологических и энергетических проблем. Их следует рассматривать как дополнительные источники ценнейших веществ природного происхождения. Образуются отходы в процессе транспортирования, хранения и переработки. Основными отраслями, связанными с их образованием, являются: сельское хозяйство, пищевая и перерабатывающая промышленность, общественное питание.
С учетом свойств, химического состава и безопасности для здоровья человека растительные отходы можно разделить на две категории: для пищевых и непродовольственных целей. Из пищевых отходов можно вырабатывать белок, аминокислоты, витамины, ферменты, минеральные элементы и ряд других видов продукции, (натуральные красители, пектин, органические кислоты, этиловый спирт), использовать для кормления животных.
Из отходов, которые непригодны для переработки на пищевые цели, можно получать кормовой белок, натуральные экологически безопасные удобрения, биогаз.
Винодельческая отрасль. Отходами при производстве виноградных вин являются: виноградные выжимки (кожица, семена), гребни, дрожжевые осадки. Выжимки составляют около 14% от перерабатываемого винограда, содержат 45-50% сухих веществ, которые представлены углеводами, минеральными веществами, органическими кислотами, витаминами и другими органическими веществами.
Выжимки подвергают экстракции (промыванию) водой в экстракторах. При этом из отходов вымывают растворимые вещества: сахара, органические кислоты, витамины и др. Экстракт используют для получения виннокаменной кислоты, спирта, уксуса, витамина Р. Семена винограда используют для получения виноградного масла. Имеются предложения по использованию обжаренных виноградных семян после измельчения в качестве добавок к кофейным напиткам.
Экстрагированные выжимки используют для получения кормовой муки.
Сахарная промышленность. При производстве сахара из сахарной свеклы образуются отходы: жом (обессахаренная свекольная стружка) — 80%, меласса — около 4-4,5% и фильтрационный осадок. Сухие вещества жома состоят их пектиновых веществ, клетчатки, белков, золы и сахара. Используют как добавки к кормам убойных животных, а также как сырье для получения пищевого свекольного пектина. Пектин используют в кондитерской, хлебопекарной, консервной промышленности.
Меласса представляет собой вязкую жидкость черно-коричневого цвета с острым запахом. Используется для производства спирта, хлебопекарных дрожжей, молочной и лимонной кислот, глицерина, а также на корм скоту в виде приготовления различных комбинированных кормов.
Фильтрационный осадок используют в качестве удобрения для кислых и торфяных почв.
Пивоваренная промышленность.
 Отходами пивоварения являются: пивная солодовая дробина — остаток после отделения пивного сусла, солодовые ростки — корешки свежепроросшего солода, пивные дрожжи. 
Пивная солодовая дробина используется в микробиологической промышленности как компонент питательных сред.
Солодовые ростки богаты витаминами, аминокислотами, сахарами. Их водные экстракты используют как стимуляторы биосинтеза ферментов, антибиотиков.
Пивные дрожжи применяют в качестве лечебных и питательных препаратов, как сырье для получения белковых препаратов и витамина В2.
Консервная промышленность.
Отходы, образующиеся при технологической переработке плодов и овощей, условно могут быть разделены на следующие группы:
1. недозрелые, с механическими повреждениями, нестандартные по размерам, плоды и овощи без микробиологических повреждений;
2. очистки, выжимки, мезга, образующиеся в процессе переработки;
3. семена, косточки, плодоножки и др.;
4. жидкие отходы (в процессе измельчения, протирания, бланшировки, варки);
5. плоды и овощи, продукты их переработки, имеющие сверхнормативные количества опасных и вредных для здоровья человека веществ (для пищевых целей непригодны);
6. плоды, овощи и продукты их переработки, пораженные микроорганизмами (для пищевых целей непригодны).
Отбракованные (нестандартные) овощи могут быть использованы для засолки, фрукты — для производства пюре и повидла. Из отходов моркови получают витаминные концентраты, каротин; из отходов свеклы — пищевые красители для киселей, безалкогольных напитков. Из яблочных выжимок получают пектин. В процессе переработки яблок из отходов сокового производства получают этиловый спирт, яблочный порошок.

2. Достижения НТП, с одной стороны, способствуют удовлетворению возрастающих потребностей общества, а с другой — заведомо отрицательно воздействуют на процессы, протекающие в биосфере, ведут к нарушению ее стабильности.
Во всем мире ведутся интенсивные исследования, направленные на создание научно-технических основ и комплекса мероприятий по предотвращению вредного влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду, совершенствование технологий производства.
Экологизация производства — это процесс неуклонного и последовательного внедрения системы технических, управленческих, организационных и других решений, которые дают возможность повышать эффективность использования природных ресурсов, улучшать или сохранять качество природной среды.
Под экологизацией технологий понимают разработку и внедрение в производство таких технологий, которые при максимальном получении продукции высокого качества обеспечивали бы сохранение экологического равновесия в окружающей среде и природном круговороте веществ и энергии, не допускали загрязнения среды обитания. Основу экологизации составляют разработка и внедрение малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий, очистка отработанного воздуха и сточных вод.
Современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему, в которую поступает непрерывный поток природных ресурсов (руда, нефть, вода, воздух и т. д.), а исходит двухструйный поток: готовая продукция и отходы (пыль, аэрозоли, пары, стоки, шлаки и т. д.). Часть готовой продукции может снова поступать в производство в качестве сырья, с образованием новой порции отходов. В конечном счете, готовая продукция используется в быту, где рано или поздно целиком превращается в жидкие, газообразные или твердые отходы.
Такой сугубо открытый характер этой системы приводит, с одной стороны, к недостаточно полному и нерациональному использованию природных продуктов, а с другой — к прогрессирующему загрязнению окружающей среды, особенно водного и воздушного пространства.
По своему назначению и типу исполнения можно выделить следующие варианты устранения загрязнения окружающей среды:
Изоляция отходов-загрязнений путем их захоронения в отдаленных от повседневных сфер человеческой деятельности местах: в заброшенных шахтах, скважинах, на дне Мирового океана и т. д. Но в природе ничто нельзя спрятать. Так или иначе, захороненные отходы вовлекаются в природный круговорот веществ и трудно предсказать, к каким печальным последствиям это может привести в будущем. Поэтому, несмотря на кажущуюся простоту и доступность этого метода, использование его необходимо резко ограничить, а в перспективе — прекратить.
Превращение вредных загрязнений в менее токсичные или нетоксичные, перерабатываемые самой природой. Такой путь позволяет уничтожить вредные выбросы, загрязняющие окружающую среду, однако его реализация требует больших капитальных затрат и сопровождается потерями природных ресурсов (не только сырьевых, но и энергетических).
Превращение загрязнений во вторичное сырье или дополнительные продукты потребления. При таком подходе определенная часть затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений возмещается ценностной стоимостью получаемых продуктов потребления или вторичного сырья. В то же время достигается определенная экономия природных ресурсов.
Таким образом, можно выделить два принципиально разных пути решения экологических проблем.
Первый путь более радикальный, но, к сожалению, не всегда технически реализуемый. Он заключается в разработке таких технологических процессов производства, которые в максимальной степени уменьшали бы выброс отходов в окружающую среду, т. е. приближались к природным процессам или имитировали их. Речь идет о создании безотходных (или хотя бы малоотходных) технологий, которые бы максимально экономили исходное сырье, топливно-энергетические ресурсы и обеспечивали охрану окружающей среды.
Второй путь — путь борьбы скорее не с причинами, а с последствиями выброса вредных веществ в природу. Он не решает проблему кардинально, но в современных условиях развития техники, технологии, промышленного производства в целом пока является наиболее реализуемым. Это путь очистки вредных выбросов промышленных предприятий. Он получил в настоящее время наибольшее применение, хотя дальнейшее продвижение по нему в будущем видится неперспективным, поскольку даже самая эффективная очистка выбросов не предотвращает их возникновение. Кроме того, с помощью очистных сооружений не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, а в процессе очистки происходит превращение одних видов загрязнений в другие. Следует учитывать также, что строительство надежных очистных сооружений обходится довольно дорого.
Мероприятия по охране окружающей среды. Хозяйственная деятельность человека оказывает на окружающую среду как положительное, так и отрицательное влияние. Отрицательное возможно при авариях на атомных электростанциях, использовании в больших количествах пестицидов для борьбы с сорняками, болезнями и вредителями, применении органических и минеральных удобрений, отводе земель для строительства крупных объектов различного назначения, нарушении территорий при добыче торфа, извести, глины, других полезных ископаемых, загрязнении земель отходами промышленности и других предприятий.
Особенностью ведения сельскохозяйственного производства в Республике Беларусь является то, что значительная часть сельхозугодий подверглась загрязнению в результате аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Это вызывает необходимость принятия дополнительных мероприятий, чтобы уменьшить отрицательные последствия радиации на окружающую среду и обеспечить получение экологически чистой продукции.
К агротехническим приемам, уменьшающим поступление радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию, относятся: увеличение доли площадей под культуры с низким уровнем накопления радионуклидов; коренное и поверхностное улучшение сенокосных и пастбищных угодий, включающее культуртехнические мероприятия; оптимизация водного режима; противоэрозионные мероприятия, предотвращающие вторичное загрязнение радионуклидами; применение средств химической защиты растений.
Агрохимические мероприятия, обеспечивающие оптимизацию физико-химических свойств почв, включают: известкование кислых почв, применение органических удобрений и сапропелей, внесение повышенных доз фосфорных и калийных удобрений, ограничение доз азотных удобрений по данным почвенно-растительной диагностики, применение микроудобрений.
Для предотвращения негативных последствий использования пестицидов необходимо строго соблюдать правила их хранения, транспортировки и применения. Следует использовать ядохимикаты, менее опасные для человека, фауны, флоры и других объектов окружающей среды, строго соблюдать нормы расхода, сроки и количество обработок, технологию их применения, а также технику безопасности.
Для охраны природной среды от загрязнения минеральными удобрениями и недопущения при этом нежелательных последствий необходимо строго соблюдать научно обоснованные нормы, сроки и способы их внесения.
В комплексе мер по охране окружающей среды важное значение имеет предотвращение загрязнения отходами животноводческих ферм. Для предотвращения его требуется соблюдать рациональную технологию заготовки, хранения и утилизацию их, строго выполнять требования санитарных норм, регламентирующих допустимые концентрации вредных веществ в помещениях, атмосфере, водоемах, почве и сельскохозяйственной продукции.
Удовлетворение потребности отраслей народного хозяйства в топливе, минеральном сырье, строительство объектов различного назначения связаны с нарушением земель, что приводит к изменениям климатических, гидрологических и других условий. Выработанные земли рекультивируются для использования под сельскохозяйственные угодья, леса, пруды и водоемы комплексного назначения для улучшения водного режима прилегающих территорий.
Негативно влияет на окружающую среду сельскохозяйственная техника (тракторы, автомобили, комбайны и др.). При заправке машин и работе их в неисправном состоянии почвы и водоемы могут загрязняться стоками горючесмазочных материалов, в связи с чем необходимо соблюдать оптимальную технологию их применения. Нежелательное влияние на окружающую среду оказывает и уплотнение почв сельскохозяйственной техникой, в результате нарушается структура почвы, ухудшаются ее физические и микробиологические свойства и снижается урожайность возделываемых культур. Главным условием снижения уплотнения почв является внедрение интенсивной технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Загрязнение окружающей среды возможно и в зоне размещения промышленных объектов. В целях его снижения необходимо совершенствовать технологию производства, создавать газоочистные устройства, в радиусе нескольких километров от источника загрязнения исключать возделывание продовольственных культур, строительство жилых поселков, животноводческих ферм и др. В зависимости от конкретных природных и экономических условий значение каждого элемента системы земледелия будет меняться.
Для получения максимального эффекта от применения комплекса этих мероприятий необходимо широко использовать новейшие достижения агрономической науки и передовой опыт с учетом особенностей каждой области, района и хозяйства. Основные показатели эффективности принятой системы земледелия: достигнутый уровень урожайности, качество получаемой растениеводческой продукции, воспроизводство почвенного плодородия и состояние окружающей среды.

3. Атмосфера — газовая оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она простирается на высоту от поверхности Земли приблизительно на 2 000—3 000 км. Приземной слой атмосферы имеет постоянный газовый состав: азот — 79,09%, кислород — 20,94, аргон — 0,93% , неон, гелий, криптон и ксенон (инертные газы) представлены в микродозах. Переменными компонентами приземного слоя являются: диоксид и оксид углерода, озон, оксиды серы и азота, метан, аммиак, пары воды и др.
Озон служит своеобразным фильтром, не пропускающим ультрафиолетовое излучение Солнца, губительное для всех живых организмов. Ряд газов (метан, пары воды) играет важную роль в изменении теплового баланса Земли.
Внесение в атмосферу новых, не характерных для нее агентов или превышение естественного среднего многолетнего уровня этих агентов в среде называется загрязнением, а сами агенты — загрязнителями.
Основными загрязнителями являются газообразные вещества: диоксид серы, угарный газ, аммиак, углекислый газ, соединения фтора, хлора, сероводород, непредельные углеводороды и аэрозоли (пары кислот, щелочей, фенолы).
Из твердых частиц в атмосферу попадают несгоревшие частицы угля, золы, кремнезема, соединений натрия, кальция, фосфора. В последнее время возросло и биологическое загрязнение атмосферы.
Самыми распространенными токсичными веществами атмосферы являются угарный газ, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды.
Все вещества, загрязняющие атмосферу, классифицируют следующим образом:
1. по природе (материальные, энергетические);
2. по агрегатному состоянию (твердые, жидкие, газообразные);
3. по степени опасности (чрезвычайно опасные (ртуть и др.), высокоопасные (диоксид серы и оксиды азота), умеренно опасные (сажа), малоопасные (бензин));
4. по воздействию на организм (общесоматические, вызывающие отравление всего организма (угарный газ, свинец, мышьяк, ртуть); раздражающие, вызывающие раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек (хлор, аммиак, озон, оксиды азота); аллергические (формальдегид, лаки, растворители); концерогенные, вызывающие злокачественные опухоли (бензпирен, асбест, радон и др.); мутагенные, приводящие к изменению наследственной информации (свинец, марганец, радий, уран и др.)).
Выбросы промышленных предприятий подразделяют на неорганизованные и организованные.
Неорганизованные — выбросы газов, паров, пыли, сточных вод, которые образуются в результате неплотностей в аппаратах, установках, трубопроводах, коммуникациях, при плохо организованном транспортировании и складировании пылящих и выделяющих газы материалов, отходов производства.
Особенно опасны для воздушной среды и водоемов аварийные выбросы жидких и газообразных веществ, образующиеся при неполадках и других причинах.
Организованные выбросы — выбросы, которые отводят от мест их образования системой воздуховодов, газоводов.
Выбросы в атмосферу пищевыми предприятиями можно разделить на следующие группы:
• выбросы, сопровождающиеся выделением энергии и теплоты в результате использования транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания;
• выбросы, сопутствующие основным технологическим процессам;
• выбросы цехов по переработке вторичных материальных ресурсов;
• выбросы вспомогательных цехов и производств.
При организации любого производства необходимой стадией является промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов.
Промышленная очистка — очистка газа с целью последующей утилизации или возврата в производство отдельного от газа или превращенного в безвредное состояние продукта.
Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса, при этом оборудование связано друг с другом материальными потоками.
Санитарная очистка — очистка газа от остаточного в газе загрязняющего вещества, при которой обеспечивается соблюдение в воздухе предельно допустимых концентраций.
Санитарная очистка газовоздушных выбросов производится перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух.
Все предприятия имеют санитарные защитные зоны, под которыми понимают полосу земли, отделяющую их от жилых массивов. В зависимости от выделяемых выбросов эта зона может быть от 1000 до 50 м.
 Для контроля за состоянием атмосферы разработаны специальные санитарно-гигиенические нормы. Основной физической характеристикой атмосферы является концентрация веществ в единице объема (мг/м ) воздуха при нормальных условиях. 
Предельно допустимая концентрация (ПДК) — это максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него или окружающую среду вредного действия.

4. Промышленные предприятия образуют большое количество вторичных материальных ресурсов, отходов, а также сточных вод (вод, предназначенных для спуска в водоемы или канализацию после использования в производственном цикле).
Сточные воды представляют сложную физико-химическую систему. В них содержатся взвешенные и коллоидные частицы, значительное количество растворенных веществ неорганического и органического происхождения, растворенные газы, масса различных микроорганизмов, среди которых встречаются и патогенные. Сточные воды могут содержать в своем составе пожаро- и взрывоопасные вещества, соединения, агрессивные по отношению к трубопроводам, очистным сооружениям, поверхностно-активные вещества, приводящие к ценообразованию.
В пищевой промышленности сточные воды по характеру загрязнений подразделяют на следующие категории:
1. теплообменные, использующиеся для охлаждения и нагревания продуктов и аппаратов;
2. транспортно-моечные;
3. производственно-бытовые;
4. хозяйственно-бытовые, образующиеся при мойке оборудования, помещений и т. д.
Показателями загрязненности сточных вод являются: органолептические (цвет, запах, прозрачность, мутность); физико-химические (температура, значение рН, жесткость, общее содержание солей); общее содержание растворенных веществ, в частности кислорода; общее содержание органических веществ; химическое (ХПК) и биологическое (БПК) потребление кислорода.
Согласно действующему законодательству, в водоемы могут сбрасываться только нормативно-очищенные сточные воды.
Под очисткой сточных вод понимают обработку воды с целью разрушения или удаления из них определенных веществ.
Очистку и обработку сточных вод проводят гидромеханическими, физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими, термическими методами.
Гидромеханическую очистку применяют для удаления нерастворимых примесей. Основными процессами гидромеханической очистки являются:
• процеживание сточной жидкости на решетках и сетках для выделения крупных примесей;
• улавливание в песколовках более мелких взвешенных частиц с использованием барабанных и дисковых сит;
• отстаивание воды для выделения грубодисперсных примесей в отстойниках, осветлителях;
• удаление взвешенных частиц под действием центробежной силы в гидроциклонах;
• фильтрование через различные фильтры для улавливания тонкодисперсных примесей.
К физико-химическим методам очистки относят флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпаривание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных частиц, растворенных газов, минеральных и органических веществ. Выбор того или иного метода очистки проводят с учетом объема сточных вод и концентрации загрязнений в них.
Химические методы очистки основаны на взаимодействии реагентов с загрязняющими примесями. В результате химических реакций образуются новые вещества, которые легче удалить, чем исходные. К химическим методам очистки относят: нейтрализацию, коагуляцию, окисление, восстановление.
Электрохимическая обработка сточных вод проводится для удаления различных растворимых и диспергированных примесей. Применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления: электрокоагуляцию, электродиализ. Эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду электрического тока.
Электрохимические методы позволяют достаточно просто извлекать из сточных вод ценные продукты без использования химических реагентов. Основной недостаток этих методов — высокая энергоемкость.
Биологическая очистка сточных вод заключается в разложении и окислении растворенных в воде органических и неорганических веществ микроорганизмами. Часть окисляемых веществ используется микроорганизмами для увеличения биомассы и для размножения этих организмов, а другая превращается в безвредные продукты окисления (воду, диоксиды углерода, азота и др.).
Микроорганизмы, участвующие в процессе биологической очистки, формируются в виде активного ила или биопленки. Активный ил представляет колонии живых микроорганизмов и имеет вид буро-желтых мелких хлопьев.
Биопленка — это слизистые обрастания живыми микроорганизмами фильтрующего материала очистных сооружений.
Используют два метода биологической очистки сточных вод — аэробный и анаэробный.
Аэробный метод осуществляется бактериями при наличии в воде кислорода. Аэробные процессы биологической очистки могут протекать в естественных условиях на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах и в искусственных сооружениях: аэротанках и биофильтрах разной конструкции.
Аэротанки представляют собой проточные резервуары, в которых медленно движется насыщенная смесь воды и активного ила. Пузырьки воздуха перемешивают активный ил со сточными водами, что обеспечивает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод.
Биофильтры представляют собой резервуары, заполненные крупнозернистым материалом (шлаком, щебнем и др.), покрытым пленкой микроорганизмов. При фильтрации сточных вод через слой загрузки окисляются и удаляются органические соединения, а масса активной биопленки увеличивается. Отработанная биопленка смывается протекающей сточной водой и уносится из биофильтра. Анаэробный метод биологической очистки основан на использовании бактерий, не нуждающихся в кислороде. Применение этого метода ограничено.



Обсудить на форуме

Комментарии к статье:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Регистрация

Реклама

Последние комментарии