Экспериментальные и теоретические исследования воздействий производственных процессов на параметры окружающей среды, анализ и систематизация современных отечественных и зарубежных достижений в области создания ресурсо- и энергососберегающих малоотходных технологий позволили разработать Концепцию экологизации действующих и вновь создаваемых экологически чистых производств в структуре многоотраслевых промышленных центров

Экологическая безопасность сегодня рассматривается как один из неотъемлемых элементов государственной безопасности Украины. Анализ технологий используемых на предприятиях Украины в течении нескольких последних десятилетий показал, что 33,8% из них являются потенциально опасными с точки зрения возникновения промышленных аварий. Около 80% населения страны проживает в экологически опасных регионах или на потенциально опасных, с точки зрения возникновения техногенных катастроф, территориях. Прежде всего, это многоотраслевые промышленные комплексы сосредоточены в восточной и центральной частях Украины. Для областей расположенных в данных регионах характерна чрезмерная концентрация промышленности.

Так концентрация промышленных мощностей в Днепропетровской области превышает средне государственный уровень в два раза. В том числе в горнодобывающей промышленности этот показатель равен 10, в металлургии – 7, в химической промышленности – 2,4. На территории области расположено более 500 объектов повышенной экологической опасности. В основном это предприятия металлургического комплекса. Для данных предприятий характерным является длительная эксплуатация устаревших технологий и оборудования с высоким процентом материального и морального износа. Дальнейшая эксплуатация металлургических предприятий сопряжено с большим экологическим риском. Для его снижения необходимо осуществить техническое перевооружение отрасли с обязательным решением проблемы экологизации каждого конкретного производственного процесса. Это сложная и наукоемкая проблема, решение которой тесно связана с основными направлениями устойчивого развития. [1,2].

Экспериментальные и теоретические исследования воздействий производственных процессов на параметры окружающей среды, анализ и систематизация современных отечественных и зарубежных достижений в области создания ресурсо- и энергососберегающих малоотходных технологий позволили разработать концепцию экологизации действующих и вновь создаваемых экологически чистых производств в структуре многоотраслевых промышленных центров (МПЦ) [3,4]. Уровень совершенства металлургического производства, как технической системы природопользования, в значительной мере зависит от степени использования отходов. Переработка отходов является обязательным элементом экологически чистого производства (ЭЧП). Теоретической основой концепции является модель экологически чистого производства (процесса). С позиции взаимодействия технологических систем с окружающей средой "ЭЧП – такое производство (процесс) нормальное, функционирование которого не приводит к увеличению фоновых концентраций и уровней элементов и параметров окружающей среды, а в экстремальных и аварийных ситуациях его воздействия не приводят к превышению ПДК и ПДУ параметров окружающей среды и не нарушают равновесия биосферы".

Суть концепции заключается в следующем:

1. При обращении с отходами должен соблюдаться принцип автотрофности отдельного процесса или производства как элемента техносферы. При этом технологические процессы рассматривается как элементарные экологические модули.

2. Семейство модулей, входящих в производственные комплексы, взаимодействуют путем реализации внутрипроизводственных связей.

3. Внутренние связи между элементарными модулями функционируют по модели "донор-реципиент", когда отходы одного или нескольких процессов являются вторичным сырьём или катализатором других.

4. Если технологически необходимым является осуществление дополнительной подготовки отходов, то в структуру предприятия вводится дополнительный экологически чистый процесс, который является – "модулем внутренней связи".

5. При синтезе модуля внутренней связи выполняется условие "мини-максности" – максимального использования твердых, жидких и газообразных внутри производственных отходов и минимального привлечения первичного сырья и энергоресурсов.

6. При соблюдении условий (1-5) предприятие рассматривается как экологически чистый модуль. Его можно использовать в качестве "элементарного" модуля при синтезе МПЦ, применяя тот же методический подход, что и при синтезе экологически чистого предприятия, включая модели "донор-реципиент" и "модуль внутренней связи". Сам МПЦ в результате синтеза по экологическому принципу, в конце концов, должен перейти в разряд экологически чистого, то есть в «элементарный модуль более высокого уровня".

Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) технических систем как экспериментально-аналитический метод прогнозирования экологических последствий освоения новых технологий выполняется с учетом "жизненного цикла" продукции и дает ответ на следующие вопросы:

– справится ли окружающая среда с дополнительными выбросами и отходами;

– какова вероятность катастрофы;

– каково влияние производства на фауну и флору;

– наносится ли урон объектам национального достояния и т.д.

Достоверность прогнозов полученных при выполнении ОВОС определяется уровнем эколого-экономического информационного сопровождения проекта [5].

Для действующих производств ОВОС позволяет разработать стратегию их экологизации. Выбор рациональных путей модернизации действующих технологических процессов или заменой их на новые технологии, определяется по результатам экологического мониторинга и оценки степени совершенства альтернативной технологической системы.

Для оценки степени воздействия на окружающую среду технических систем и природоохранных объектов введен показатель эколого-экономической эффективности (Пээ ) [5,6]: 

   m                                       m
Пээ =Кэл å B4j× K4нj + Кэн å В3j ×К3нj,            ( 1 ) 

        j =1                                     j=1

где П ээ–показатель эколого-экономической эффективности (от 0 до 1);
Кэл – весовой коэффициент экологической группы показателей (Кэл max = 0,57);
Кэн - весовой коэффициент экономической группы показателей (Кэн max =0,43);

При определении высокого коэффициента экологической группы показателей Кэк в соответствии с предложенной концепции экологизации для конкретного производства учитываются показатель риска [7]:

Rпр = Rн + RАВ = Wн * Xн + WАВ * X                   ( 2 )

где Rпр , R н , RАВ - показатели риска: производства в нормальном режиме работы и аварийных ситуаций соответствию; W – вероятность события; Х – последствия.

Таким образом, перевод производства в разряде ЭЧП предусматривает создание информационно- аналитической системы (ИАС) контроля и управления производственными процессами и соответствием окружающей среды на базе эколого-технологической модели производства. ИАС является интеллектуальной базой функционирования автоматизированных систем управления производственными процессами АСУ ТП и экологической ситуацией АСУ ЭС. (см. рис.)

Неотъемлемой частью АСУ ЭС является автоматизированная система управления экологическим риском (АСУ ЭР). Данная система в автоматическом режиме производит оценку возможного экологического риска. При этом учитывается физико-химический состав газовых смесей в технологических аппаратах и сетях, в трактах пылегазоочисток. Учитывается соотношение газообразных ингредиентов в газовых смесях, их температура, давление и расход. Прогнозируется возможность взрывов, возгораний залповых выбросов вредных веществ в атмосферу. Соответствующая подсистема прослеживает возможность аварийной ситуации по жидким и твердым фазам. Учитываются параметры работы объектов утилизации отходов. АСУ ЭР оценивают риск как приемлемый или неприемлемый. Для приемлемого риска, с использованием имитационного эколого-технологического моделирования, отрабатываются оперативные команды (вставки) для АСУ ТП направленные на снижения риска. Если риск неизменяем, то АСУ ЭР - отрабатывает меры предупреждения аварийных ситуаций (ОР).

 Рис. Концептуальная схема управления риском экологически чистого производства

где: П – технологический процесс; ОУ – очистки и улавливания; ПУ – переработки и утилизации; R, P, W, Wу, Woc – потоки ресурсов (веществ и энергии), готовой продукции, отходов (веществ и энергии), уловленных отходов, отходов в окружающую среду; M – автоматизированный мониторинг R, P, П, ПУ, Woc соответственно; МОС – мониторинг окружающей среды; С – серверы; ИЭТМ – имитационная эколого-технологическая модель; ИАС – информационно-аналитическая система; АСУ ЭР, АСУ ТП – автоматизированная система управления экологическим риском и технологическим процессом соответственно; ОР – организационные рекомендации предупреждения рисков.

Например, если параметры работы рукавных фильтров приближаются к критическим: - повышается расход, давления и температура отходящих газов, то: оценивается тенденция изменения данных параметров, рассчитывается вероятность прорыва фильтрующей ткани, прогнозируется аварийная ситуация – "залповый выброс" вредных веществ и просчитываются последствия загрязнения окружающей среды. АСУ ЭР воздействует на АСУ ТП с соблюдением правил решения "минимаксной" задачи технологического процесса: максимум экономической эффективности при минимальном, отрицательном воздействии на окружающую среду без нарушения стабильности биосферы.

Теоретические и экспериментально-аналитические исследования позволили разработать принципиальную схему автоматизированной системы экологизации предприятия с полным металлургическим циклом. Предложена концептуальная схема рекомендуется в качестве базовой системы управления экологическим риском для производств с повышенной экологической опасностью других отраслей промышленности.

С анализом российского рынка металлургических и топливных шлаков Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок шлаков в России».

Литература

1. Самойленко Ю.І. Законодавча діяльність у напрямку умов переходу України до сталого розвитку. // Екологія і природокористування: Збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України . Випуск 2 Дніпропетровськ 2000 С. 16-19.

2. Бобылев В.П. Разработка и освоение ресурсосберегающих технологий в условиях устойчивого развития черной металлургии Украины // Екологія і природокористування: Збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України. Випуск 3 Дніпропетровськ 2001 С. 195-204.

3. Бобылев В.П. Модульный подход к решению экологических проблем металлургии Украины.//Сталь.-1999.-№8.-С.83-86.

4. Бобылев В.П. Разработка рециркуляционной производственной системы с учетом критериев устойчивого развития и принципов техногенной безопасности //Теория и практика металлургии.-1999.- №5.-С.57-60.

 5. Бобылев В.П. Оценка воздействия на окружающую среду технологии производства шламосодержащих безобжиговых окатышей. // Металлургия и горнорудная промышленность .-2001.-№1.-С.114-118.

6. Шапар А.Г. Критерії та показники сталого розвитку: наукові підходи до обґрунтування. // Екологія і природокористування: Збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України. Випуск 2 Дніпропетровськ 2000 С. 5-15.

7. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа – человек – техника: Учебник для ВУЗов. М.: ЮНИТИ – ДАНА 2001, 343 с.

В.П. Бобылев,
Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск