КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТОВ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТОВ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Учебное пособие

Москва 2012

УДК

ББК

Б90

Рецензенты:

Кисилева Д.А. - Зав.каф.общественных наук Института туризма и гостеприимства ФГБОУ ВПО "Российский госуниверситет теризма и сервиса",

д.ист.н., проф., член-корр.РАЕН

Евченко А.Ф. - Зав.каф.гуманитарно-социальных и естественно-научных

дисциплин НОУ ВПО "Московский институт права", к.ф.н., доцент

Н.Р. Букейханов, С.И. Гвоздкова, И.М. Чмырь, Вэй Пьо Маунг

Б90 Концепции проектов ресурсосбережения: учебное пособие/ Н.Р.Букейханов, С.И.Гвоздкова, И.М.Чмырь, Вэй Пьо Маунг. – М.: ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2012. – с.

Приведены результаты работы кафедры «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН" по разработке методологии управления разработкой проектов ресурсосбережения, которые на уровне дипломных проектов являются итоговым показателем качества образовательного процесса по подготовке специалистов в области защиты окружающей среды и охраны труда.

Учебное пособие составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины «Расчеты и проектирование систем обеспечения безопасности» и предназначено для студентов, магистров и аспирантов высших учебных заведений.

УДК

ББК

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время практически все государства признают актуальность программ снижения материалоемкости и энергоемкости продукции. Действующие планы предприятий включают мероприятия по усилению режима экономии, снижению норм расхода важнейших видов материальных ресурсов, повышению уровня использования вторичных материальных и топливно-энергетических ресурсов.

Относительно высок уровень правового обеспечения необходимости ресурсосберегающей хозяйственной политики во всех развитых странах (законы по охране природных ресурсов, защите окружающей среды, охране труда и т.п.).

Однако на сегодняшний день реально превалируют результаты нерациональной хозяйственной деятельности человечества. Об этом свидетельствуют те факты, что в настоящее время признана необходимость разработки международной природоохранной хозяйственной политики, направленной на сохранение такого важного интегрального ресурса как климат Земли, ухудшение которого вызвано не только природными факторами, но и нарушениями природных процессов самоочищения из-за чрезвычайно больших объемов промышленных и коммунальных отходов.

Императив регулирования уровня выброса материальных и энергетических отходов, сбережение энергоресурсов привел к разработке и выполнению международных соглашений по сохранению озонного экрана Земли (Монреальский протокол о сокращении выбросов фреонов), Киотского соглашения о предотвращении изменения климата Земли путем сокращения выброса парниковых газов.

В России разработаны и реализуются программы, включающие ряд проектов ресурсосберегающих и инновационных технологий.

В данном учебном пособии приведены результаты работы кафедры «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН" по разработке методологии управления разработкой проектов ресурсосбережения, которые на уровне дипломных проектов являются итоговым показателем качества образовательного процесса по подготовке специалистов в области защиты окружающей среды и охраны труда.

Введение, гл.1 и заключение составлены проф., д.х.н. Н.Р. Букейхановым, доц., к.т.н. С.И. Гвоздковой; гл.2 по сбережению материальных ресурсов ─ проф., д.х.н. Н.Р. Букейхановым, доц., к.т.н. С.И. Гвоздковой , к.х.н., доц. И.М. Чмырь, аспирантом Вэй Пьо Маунгом.

Глава 1. Методологии создания концепций проектов

Ресурсосбережения

Кафедра «Инженерная экология и безопасность жизнедеятельности» создана в университете в 1995 году и готовит специалистов по направлению

"Защита окружающей среды", "Обеспечение техносферной безопасности".

Кроме того, кафедра ведет подготовку магистров по направлению «Защита окружающей среды», кандидатов и докторов наук через аспирантуру и докторантуру Университета [ 1 ].

Студенты, проходящие подготовку на кафедре, изучают широкий спектр дисциплин, как традиционных для технических университетов, так и специально разработанных коллективом кафедры в соответствии с образовательными стандартами следующих дисциплин:

●Экологическая экспертиза, оценка воздействия на окружающую среду и сертификация

●Инженерно-экологическое обеспечение безопасности машиностроительных производств

●«Расчеты и проектирование систем обеспечения безопасности» ●Автоматизация обеспечения экологического качества в машиностроении

●Управление безопасностью окружающей среды

●Экологическое проектирование машиностроительного производства

Важным направлением деятельности кафедры является научная работа по договорам и грантам (российские и зарубежные), в которой активное участие принимают студенты. Широкие международные связи кафедры позволяют предоставить возможность лучшим ее студентам пройти практику за рубежом. За время существование кафедры более 350 студентов прошли практику в Великобритании, Франции, Чехии и Польше.

Студенты осваивают объем знаний, необходимый для разработки в дипломных проектах и магистерских диссертациях эффективной системы управления техносферной безопасностью предприятия, который способствует повышению их преимуществ в следующих сферах деятельности:

Снижение эксплуатационных расходов за счет экономии материалов, сырья, энергетических ресурсов, снижения платы за природные ресурсы и загрязнения окружающей среды, повышения авторитета предприятия в обществе и т.д.

Увеличение прибыли предприятия в результате повышения конкурентной способности на рынке сбыта благодаря экологически чистой продукции предприятия, льготного налогообложения и кредитования.

Будущие специалисты по защите окружающей среды осваивают основные подходы к управлению техносферной безопасностью предприятий:

Производственный подход заключается в оптимизации технологических процессов с целью сокращения объемов отходов и, тем самым, снижения вредного воздействия на производственную и окружающую среду.Это достигают посредством использования возобновляемых ресурсов, сокращения расхода материалов, применения ресурсосберегающих технологий, утилиза-ции использованной продукции.

Маркетинговый подход осуществляет анализ и оценку степени экологичности производств и их продукции на каждом этапе его жизненного цикла с учетом мнений потребителя.

Социально-экологический подход рассматривает императив социальной и экологической ответственности предприятия в рамках локальной или региональной экосистем.

Методология разработки дипломных проектов и магистерских диссертаций, посвященных экологически ориентированной деятельности промышленных предприятий, включает следующие основные положения.

На первом этапе проводится анализ технологических процессов предприятия по выявлению опасных и вредных для человека и окружающей среды факторов и определяются факторы, объем которых необходимо минимизировать. Например, воздух рабочей зоны могут загрязнять продукты термодеструкции смазывающих и охлаждающих средств (СОТС), работающие станки и другие устройства превышать допустимый уровень шума, вибрации, электромагнитных излучений. Материальные отходы снижают экономи-ческую эффективность деятельности предприятия, в том числе за счет расходов по их размещению или вывозу на полигоны по захоронению и др.

На следующем этапе проводится исследования причин возникновения опасностей в их источнике. Например, разложение и испарение СОТС из-за высоких температур в зоне резания, повышенный уровень вибрации элементов кинематики станков и других технических устройств, нерациональное использование материальных и энергетических отходов и т.п.

Затем осуществляют поиск эффективного решения минимизации воздействия вредных факторов, с учетом возможности получения предприятием прибыли.

Схема экологически ориентированного управления материальными потоками представлена на рис. 1.1.

При консультировании работы студентов по курсовым и дипломным проектам и диссертациям магистрантов по направлению «Защита окружаю-щей среды» обязательным требованием для получения ими высокой оценки является использование новых патентных данных, как одной из потенциаль-ных характеристик инновационности технических разработок.

Обучение направлено на понимание студентами того, что положительные характеристики проектов по ресурсосберегающим технологиям и оборудова-нию для них являются результатом эффективного сочетания следующих составляющих:

· Оценка экономической эффективности в краткосрочной и долгосрочной перспективе проектируемой технологии или оборудования;

· Эвристические методы конструирования процессов и организации ресурсосберегающих производств;

Рис. 1.1. Экологически ориентированное управление материальными

потоками на предприятии [ 2 ]

· Атрибутивные способы (герметизация аппаратуры и технологических линий, эргономичность оборудования, дизайн как эстетический и эконо-мический факторы);

· Общие способы (ресурсосбережение, рециклинг отходов, комбини-рование и др.)

· Специальные способы(автоматизация, биотехнологии и др.)

Для самостоятельной работы студентам предложено изучать и использовать методики творческого мышления — тонкого и сложного инструмента, требующего как освоения и стимулирования механизма генерирования идей, так и настройки своей готовности к эффективной работе. Выработка механизма «настройки» — вопрос самоорганизации разработчика проекта к творчеству. Сама настройка на «творческую частоту» способствует генерации новых идей. Идеи окружают нас всегда и в любом месте, где бы мы ни находились. Нужно уметь их услышать, немедленно записать и неоднократно возвращаться к ним до получения результата.

В настоящее время используют следующие креативные методики [4,5,7,8] :

.1) мозговой штурм; 2) метод фокальных объектов; 3) метод аналогии; 4) метод гирлянд ассоциаций и метафор; 5) списки контрольных вопросов, 6) морфологический анализ, 7) функциональный анализ, 8) метод многократного последовательного классифицирования, 9) метод синтеза оптимальных форм; 10) методика разрушения стереотипа Ж.-М. Дрю; 11) различные компьютерные системы поиска нестандартных решений; 12) теории решения изобретательских задач АРИЗ и ТРИЗ; 13) функционально-физический метод поискового конструирования Р. Коллера.

На кафедре "Инженерная экология и безопасность жизедеятельности" разработана схема управления проектами ресурсосбережения, в обобщенном виде представленная на рис.1.2. Согласно схеме управление базируется на системном решении задач, определяющих достижение поставленных целей [3]. Разработка управления системой создания концепций проектов ресурсосбережения является типичным для ВУЗа видом деятельности.

Рис. 1.2. Схема управления системой создания в ВУЗах проектов

ресурсосбережения [ 3 ]

Типичность заключается в том, что из-за реальной сложности процесса создания и внедрения в производство технических, экономических, социальных и других решений большинство дипломных проектов студентов ВУЗа, магистерских и даже аспирантских диссертаций решают задачи прединвестиционного уровня жизненного цикла проекта (ЖЗП) ─ на уровне создания его концепции. Однако это не умаляет значение этой фазы ЖЦП, поскольку:

1) Дипломный проект, магистерская диссертация, в которых разработано решение задачи на концептуальном уровня ЖЦП и соответствующие содержа-нию и объему требований государственного образовательного стандарта дают основание аттестационной комиссии ВУЗа присуждать студенту квалификацию специалиста, способного на предприятии решать конкретные производственные задачи.

Аттестационная комиссия далее рекомендует на основании ценности идей дипломного проекта, магистерской диссертации рекомендует новому специалисту поступить в аспирантуру и продолжить разработку этого проекта. Тем самым ВУЗ создает условия для подготовки в рамках послевузовского образования специалиста высокой квалификации, способного возглавить работы по проведению НИОКР и внедрению в производство научно-технических идей, генерированных в процессе обучения в ВУЗе.

В 2007 и 2008 годах

Для определения содержания актуальных и перспективных проектов ресурсосбережения нами проанализирована информация о работе российских предприятий за 2007 и 2008 годы. Маркетинговое исследование проведено в основном по материалам российского еженедельника «Снабженец», в каждом номере которого приводится около 20 информационных сообщений пресс-служб предприятий России о своей работе, а также обзоры материалов отечественных и международных выставках по современным проблемам

ведущих отраслей промышленности. Всего проанализировано более 1000 сообщений.

Экономическая наука и государственные программы ориентируют предприятия на создание и освоение инновационных производств. На наш взгляд, необходимо структурировать понятие «инновационность» как изменяющийся во времени баланс между чисто инновационными производствами (все модули технического устройства или технологии ─ инновационны, то есть базируются на технических или социальных изобретениях) и реновационными производствами. Для последних характерен поэтапный переход от действующих технических устройств (технологий) к инновационным через промежуточные стадии их модернизации (сочетание модулей действующего устройства или технологии с инновационными модулями). Такой подход обусловлен рациональностью использования работоспособных модулей действующего устройства, дефицитом оборотных средств предприятий, сложностью привлечения инвестиций в долгосрочные проекты, дополнительными финансовыми и временными затратами на повышение квалификации работающего персонала, подготовку новых кадров для работы с инновационными техникой и технологиями, увеличением расходов на продажу новой (модернизированной) продукции и ее послепро-дажное обслуживание.

Результаты исследования обобщены в табл.1.1. Пресс службы российских предприятий в ряде случаев сами обозначили часть своих работ как «новые технологии», «новая аппаратура», работы по «модернизации», одной из основных характеристик которых является ресурсосбережение.

В табл.1.1 информация сегментирована по общим разделам ─ инновации и модернизация, основные отрасли промышленности и частным разделам: экологическая техника и технологии, мероприятия, направленные на выполнение стандартов «Евро», утилизация отходов, переработка древесины, нефти и их отходов, полимерные материалы.

Таблица 1.1 Результаты маркетингового анализа объема

инноваций,модернизации и других показателей промышленных предприятий России по данным 800 рефератов еженедельника «Снабженец» за 2007 и 2008 годы [ 6 ]

Все работы предприятий, связанные с выполнением требований стандартов «Евро», утилизацией отходов, использованием полимерных материалов отнесены нами к «модернизации производств, техники».

Реально происходящая в малых масштабах замена углеводородного топлива (источник парниковых газов) на безопасные в этом отношении альтернативные источники (топливные элементы и т.п.), значительно уступают по объему частичным решениям проблем ─ повышению качества сжигания углеводородов с применением компьютерных технологий, оснаще-нием транспорта каталитическими нейтрализаторами.

Полимерные материалы заменяют и тем самым сберегают лесные массивы России. Последние поглощают парниковые газы, генерируют кислород, новую растительную массу, и тем самым работают на сохранение нормальной природной среды. Замена металлических изделий на полимерные также существенное направление ресурсосбережения. С одной стороны, полимерные изделия не подвергаются коррозии (тогда как ежегодно коррозии подвергаются 10% изделий на основе сплавов железа); с другой стороны, их производство компенсирует истощение природных ресурсов ряда металлов.

Недостатки, связанные с изделиями их полимеров преодолевают улучшением качества технологий их производства и переработки, а также организационными мерами путем изменения менталитета населения.

Системный подход к производству определяет необходимость полного

использования исходных ресурсов, образующихся продуктов и отходов. Более, чем столетнее пренебрежение менеджмента промышленных предпри-ятий и предприятий коммунального хозяйства переработкой отходов меняется в направлении создания природоохранных производств. По Закону РФ об охране окружающей среды»(2002 г.) все производства должны быть ориентированы на разработку мероприятий по снижению загрязнения природной и техносферно-природной среды.

Необходимо увеличивать сознание того, что работы по утилизации отходов могут быть не только затратными, но обеспечивать получение прибыли и повысить устойчивость работы предприятий, продлить активный период жизненного цикла техники, технологий и производств.

Согласно данным табл.1.1, для работы предприятий России за период 2007 и 2008 годы характерно следующее.

1.Основное число инноваций отмечено в машиностроительных и металлургических производствах и составляет 17 и 4% соответственно.

2.Число мероприятий по модернизации согласно сообщениям самих предприятий почти в 4 раза выше, чем число инноваций, и в большей степени

выражено в машиностроении, металлургии и химической индустрии: 38, 12 и 7%, соответственно.

3.Работы по приобретению и освоению экологической техники и технологий (улавливание и обезвреживание отходов) в наибольшей степени осуществлены в металлургии, химической индустрии и машиностроении: 19, 13 и 10%, соответственно.

4. Мероприятия, направленные на выполнение стандартов «Евро», проводят в машиностроении и на предприятиях по переработке нефти. Это логично, поскольку стандарты «Евро» обязательны для транспорта, работающем на углеводородном топливе.

5. Утилизацию отходов проводят во всех рассмотренных направлениях хозяйственной деятельности и в наибольшей степени она представлена в металлургии, производстве полимерных материалов.

Полученное нами значение доли работ по модернизации и инновациям в обобщенном варианте (сочетание граф Г, Д, Е. Ж табл.1.1) достигает 21%.

О сложности оценки доли инновационных производств свидетельствует информация о работе предприятий Москвы. Так, в столице на

декабрь 2009 года сосредоточено инновационно-активных производств

порядка 11% от общего числа предприятий. Если выражать это в цифрах, то из 1200 расположенных в границах Москвы научно-промышленных образований всего 150 пока могут претендовать на звание «инвестирующих в новации».

Анализ экономических и технологических характеристик предприятий России, перспективных для новых проектов по ресурсобережению, показывает, что существенное внимание как в России, так и в глобальном масштабе должно уделяться проблемам, связанным с сохранением лесных массивов, основных источников кислорода атмосферы и

основных потребителей парникового газа ─ углекислого газа. Не случайно в последние годы возрастает роль биотоплива, которое получают из растительного сырья и поэтому рассматривают как один из важнейших альтернативных источников энергии. Ценность его заключается в возоб-новляемости и в доступности для большинства регионов мира. Россия обладает самыми большими запасами леса, однако в настоящее время занимает одно из последних мест по экономической эффективности их использования.

Тем не менее, из данных, приведенных в табл.1.2, следует, что предприниматели России начинают уделять серьезное внимание проблеме использования как отходов древесины, так и макулатуре, отходам производства бумаги, крупнейшей по объему продукции целлюлозно-бумажной промышленности.

Акционерные общества, финансово-промышленные группы производят кроме основных традиционных материалов ( клееный брус, пиломатериалы, бумага) из щепы, опилок, отходов переработки березы и осины, промстоков

производства бумаги также топливные гранулы, пеллеты (биотопливо), несьемную опалубку, шумозащитные экраны, прокладки.Стоимость осуществленных проектов составляет 5-10 млн. евро.

В табл.1.3 показано, что предприятия России продолжают иннова-ционные работы с использованием новых технологий и нового оборудования по созданию и развитию производств полимерных труб из коррозионностойких стеклопластиков, органического небьющегося стекла, поликарбонатов. Стоимость проектов достаточно велика и составляет 800 млн.руб .

Таблица 1.2. Утилизация отходов переработки древесины

Аббревиатура: ОП— основной продукт, С — журнал "Снабженец"

ООО «Делфо» (Республика Татарстан) завершает монтаж итальянской линии по производству сотового полипропилена мощностью 2000 т/год. На новом оборудовании планируют выпускать изделия толщиной от 2 до 6 мм и шириной до 1400 мм. Сотовый полипропилен является полимерным аналогом

гофрокартона и его используют для изготовления транспортных упаковочных коробов, обечайки, разделителей и обрешетки. Из него можно изготавливать также упаковку для крупногабаритных изделий, транспортную упаковку и внутрицеховую тару. Показательно производство АООТ "Урал-электромедь" электролизных ванн из синтетического материала ─ полимер-бетона, которое позволит проводить процесс электролиза без ремонта ванн в

течение 20 лет. Важность производства полимеров и изделий из них для замены аналогичных изделий из металлов подтверждается тем, что в Москве активно заменяет металлические трубы тепловых трасс на металло-полимерные.

Информация об утилизации отходов предприятий металлургии, машиностроения и химических предприятий (табл.1.4), показывает, что

акционерные общества разных регионов России используют отходы своих производств для получения как товарной продукции (выделение свинца из отходов, выпуск полимерных труб, кислотоупорной плитки из аккумуляторного лома; кирпичей из отвалов ТЭЦ), так и для более эффективного использования своих ресурсов (очистка сточных вод для оборотного водоснабжения).

До сих пор значительное число предприятий ограничиваются улавливанием отходов производства, что несомненно полезно с позиций решения природоохранных проблем. Для предприятия экономическая выгода заключается в избавлении его от расходов по оплате нормативных и сверхнормативных выбросов загрязнителей и это фактор снижения себесто-имости продукции. Позитивным является также приобретение имиджа экологически ориентированного предприятия.

Однако затраты только на улавливание отходов без их утилизации достаточно велики и составляют 25 ─ 300 млн рублей.

Таблица 1.3.Внедрение коррозионноустойчивых полимерных

Таблица 1.4. Обезвреживание и утилизация отходов предприятий металлургии,

машиностроения, химических предприятий . Аббревиатура: С —журнал "Снабженец"

С позиций создания проектов, эффективных как по ресурсосбережению, так и по доходности более целесообразны проекты, в которых отходы не

только улавливают, но и перерабатывают в коммерчески выгодную продукцию, увеличивающую прибыль и способствует повышению стоимости предприятия совокупно с его экологически ориентированным имиджем.

Резюмируя результаты анализа работы российских предприятий по ресурсосбережению, можно сделать следующие выводы:

1) Переработка отходов становится одним из основных направлений деятельности предприятий, что обусловлено не только требованиями приро-

доохранного законодательства, но также стремлением предприятий реализовать возможности получения дополнительных доходов.

2) В то же время часть предприятий ограничивается только улавливанием

отходов с последующим их захоронением или размещением на полигонах.

В этом случае они снижают затраты на оплату нормативных или сверхнор-мативных выбросов отходов в окружающую природную среду.

С другой стороны возрастают затраты на размещение уловленных отходов на полигонах. окружающей природной среды). На эти проекты затрачены достаточно крупные инвестиции: от 0,8 до 1 млн.евро.

В результате ситуация с итоговым увеличением затрат приводит к повышению себестоимости, увеличению цен и перекладыванию этих затрат на потребителей продукции предприятия, что может снизить его конкурентоспособность и повысить социальную напряженность.

3) Приведенные в табл.1.2-1.4 данные показывают, что значительная часть техники и технологий по переработке отходов приобретена предприятиями по импорту. Это свидетельствует или об отсутствии такой техники и таких технологий в России, или об их невысокой конкурентной способности.

Соответственно это определяет номенклатуру перспективных проектов по замещению импортной продукции.

Обобщая результаты маркетингового исследования работы предприятий России, можно выделить широкий спектр задач для создания проектов по ресурсосбережению. Они по-существу приведены в табл.1.2- 1.4. Предприятия различных отраслей промышленности имеют ряд общих проблем, связанных с такими направлениями ресурсосбережения как очистка воздуха, воды, утилизация отходов, решение экономических аспектов решения вопросов финансирования, обеспечения кадрами и т.д.

Общими для всех предприятий являются проблемы снижения уровня шума, вибрации, потерь тепловой и электрической энергии, обеспечение электромагнитной и радиационной безопасности.

Производства и потребления

Госуправление экономикой формирует и контролирует политику рационального ресурсосбережения, базирующуюся на положениях конституций государств, системе законодательных положений о нормах природопользования. В то же время практика госрегулирования ориентирует общество и бизнес не на финансирование государством всех природоохранных проектов, а на создание системы стимулирования. Она включает налоговое стимулирование, введение тарифных ограничений на стоимость определенных видов продукции и т.п., а также обязательность использования предприятиями всех видов собственности своих средств для разработки и реализации ресурсосберегающих и природоохранных производств.

Государство частично берет на себя решение проблемы тех отходов, которые накопились за много лет и ответственных за их создание практически установить невозможно. Таким предприятием является в частности государственное унитарное предприятие ГУП «Промотходы».

Мотивация кооперации фирм для решения проблемы утилизации отходов заключается в следующем:

· переработка отходов обязательна в соответствии с требованиями современного экологического законодательства о рациональном природопользовании и экологической безопасности;

· неэффективное использование отходов противоречит рыночным принципам получения прибыли от производственной деятельности.

· многие производства по переработке отходов, включая их обезвреживание, диверсифицированы по отношению к основному производству как по используемым технологиям, так и по составу продукции и соответственно требуют кооперации с соответствующими предприятиями.

Решение сложной задачи переработки отходов послужило основой для создания консорциума МСК «Станко», миссией которого является содействие возвращению в экономику страны ценнейшего сырья, выпуск нужных полуфабрикатов и товаров, создание новых рабочих мест, обеспечение дохода в федеральный, республиканский и городской бюджеты .

В состав Консорциума входят более 20 предприятий и организаций различного профиля: производственные машиностроительные предприятия, а также проектные и научные организации, среди которых НТЦ «Экостанко-МСК», ОАО «РФ Станкоснаб», ОАО ЛОЭЗ «Гидромаш», Международная Академия Экологической Реконструкции, ЗАО «Союзтеплострой», «Инжи-ниринг» и другие.

НТЦ «Экостанко-МСК»,выполняет функцию генеральной дирекции Консорциума, которая организует производственную кооперацию при реализации комплексных проектов в области мусоросортировки, утилизации и рециклинга отходов, а также внедрение нового передового оборудования и технологий.

Автоматизированные мусоросортировочные комплексы МСК «Станко» различной производительности и модификаций обеспечивают сортировку твердых отходов с выделением фракций, годных для вторичного использования и переработки. Модульное построение комплексов позволяет производить широкую гамму вторичных материалов и варьировать производительность ─ от 20 до 250 тыс. т перерабатываемой массы в год.

НТЦ «Экостанко-МСК» производит технологические комплексы МСК «Станко» любого назначения на собственных предприятиях. Предлагаемое оборудование имеет высокие показатели по импортозамещению, так как при тех же, а то и лучших функциональных и эксплуатационных возможностях, оно в 2-2,5 раза дешевле импортного. Соответственно у него значительно ниже (в 5-10 раз) и эксплуатационные затраты, поскольку в оборудовании использованы только отечественные комплектующие и расходные.материалы. Применение оборудования МСК «Станко» с учетом оплаты за прием отходов и реализацию вторичного сырья обеспечивает, наряду с хорошими экологическими показателями, высокую рентабельность (70─150% в год) и значит быструю окупаемость сортировочного производства .

В качестве примера использования методологии разработки проектов ресурсосбережения нами использованы результаты исследований данных о переработке типичных промышленных газообразных и жидких отходов, которые как технологически, так и экономически не рационально транспортировать, обобщены нами в табл.1.5. Интерес именно к данной группе отходов обусловлен тем, что они в первую очередь соответствуют критерию целесообразности организации производств по их переработке на территории основного производства.

Обобщение информации о существующих решениях экологических проб-

лем, указанных в табл.1.5 , показывает, что сложились два основных направле-

ния, в рамках которых возможно создание и реализация ряда актуальных эффективных проектов по ресурсосбережению:

1) Получение определенной прибыли за счет организации производств по использованию отхода и реализацию продукта его переработки внутри предприятия и/или на внешнем рынке (утилизация тепловых отходов в различных теплообменных устройствах, тепловых насосах и т.п.; получение

Таблица 1.5.Газообразные и жидкие отходы предприятий,

Таблица 1.6. Поиск решения сбережения электроэнергии станков

по дроблению и измельчению использованных твердых изделий

по креативному методу Ж.-М. Дрю

На первом этапе идет поиск стереотипов, которые можно использовать для слома, на втором ─ способов разрыва этих стереотипов, а на третьем ─

нового видения будущего марки, ее места на рынке и в обществе.

Разрыв ─ ключевой элемент системы и цель всех действий. Раскрепощению мышления способствует процесс использования вариантов ответа на вопрос «что, если» – The What─If Proccess.

Комбинирование рекомендуют применять максимально широко, обеспечивая согласование вариантов сочетания алгоритмических и креативных методов как между собой, так и с условиями решаемой задачи.

При проектировании следует учитывать, что в ряде случаев методы ресурсосбережения (переработка отходов по технологиям, диверсифици-рованным по отношению к технологиям основного производства) требуют привлечения специалистов и методов соответствующих направлений научной и инженерной деятельности.

Глава 2. Концепции проектов ресурсосбережения

2.1. Использование отходов газов. Концепции проектов

«Газовое азотирование - Получение азотсодержащих соединений»

В главе 1 дана краткая информация о промышленной переработке отходов оксидов азота и серы в соответствующие кислоты.

На кафедре ИНЭБ МГТУ «Станкин» разработана концепция проектов по использованию отходов аммиака и водорода, образующихся в существенном объеме при газовом азотировании. Результаты поиска концепции проектов с использованием алгоритмических и эвристических методов и метода «разрыва » Ж.-М.Дрю. представлены на рис.2.1 и в табл.2.1 и 2.2.

Рис.2.1. Блок-схема интегрированных технических систем на основе

газового и плазменного азотирования (на примере получения производных

аммония как интегрируемых в систему процессов).

Таблица 2.1 Оценка потенциальной стоимости продукции интегрированного производства «Газовое азотирование — получение соединений аммония», которую можно получить из непрореагировавшего аммиака процесса газового азотирования)

Исходные данные: время 1 цикла газового азотирования —12 часов, время вспомогательных операций —12часов, расход — 7200 л аммиака за 1 цикл, количество отходов аммиака —2880 л за 1цикл;

Нами изучен один из вариантов газового азотирования, который осуществляют при температуре в шахтной печи 500^оС и скорости подачи аммиака 600 л/час. При этом в присутствии катализатора 60% аммиака диссоциирует (образуется газовая смесь из водорода и азота в соотношении 3:1) и около 1-3% азота идет на образование целевого упрочняющего износостойкого нитридного слоя на поверхности изделий машиностроения.

Оставшиеся 40% аммиака не участвуют в процессе азотирования и для

Таблица 2.2. Варианты содержания зоны разрыва по методу Ж.-М. Дрю

Газового азотирования

обезвреживания отходящий газовый поток (смесь 40% аммиака, ≈ 45% водорода и ≈12% азота) сжигали без использования тепла реакции и продуктов сгорания . Тем не менее, следует отметить, что при таком подходе выполняются требования охраны труда персонала и защиты техносферной среды, так как обезвреживаются токсичные отходы аммиака и взрывоопасного водорода. На наш взгляд, с позиции ресурсосбережения этого не достаточно, поскольку из этих отходов можно получать ценную продукцию и энергию.

Нами исследован вариант интегрированной технической системы «Газовое азотирование - Получение производных аммония», блок-схема которой приведена на рис.2.1. Рассмотрены процессы собственно газовое азотирование (далее ГА) и его альтернативный вариант «плазменное азотирование» (далее ПА), которое проводят пропусканием над металлическим

изделием в колпаковой печи при температуре 500⁰С газовой смеси водорода и азота.

Данные табл.2.1 показывают, что вместо сжигания отходов аммиака можно получать ценные производные аммония, обладающие высокой коммерческой ценностью и пользующейся спросом как эффективные удобрения , такие как аммофос, аммонийная селитра.

Результаты проведенного исследования дают основание предлагать предприятиям агротехнического профиля целесообразность изучения возможности создания интегрированных производств, которые способны производить как работу по упрочнению деталей машин и другого оборудования при изготовлении и ремонту техники, так и производить из отходов удобрения и другую коммерчески выгодную продукцию. Это позволит использовать более эффективно не только материальные и энергетические ресурсы, но также повысить производительность работы персонала предприятия и соответственно уровень их доходов.

И области их применения

снижает на 50% выброс этого парникового газа в атмосферу и тем самым вносит вклад в выполнение требований Киотского соглашения.

Разработана следующая схема комбинированного предприятия «МСЗ-производство Na₂CO₃ и CaCl₂» (рис.2.2). Согласно схеме горячий поток газов, выходящий из печи МСЗ, пропускают через теплообменник (паровой котел),

в котором получают горячую воду или пар. Газовую смесь, содержащую СО₂и азот, подают в сатуратор, в который предварительно поступает водный раствор аммиака и хлорида натрия. Образующиеся бикарбонат натрия и хлорид

Рис. 2.2. Схема комбинированного производства «МСЗ – получение

Соды и хлорида кальция»

аммония, используя их различную растворимость, разделяют в аппарате получают соду. При этом используется 50% из первичного потока СО_2..Смесь газов, содержащая остаточный СО₂ и азот, или сбрасывают в атмосферу, или подвергают дальнейшей переработке. Например, можно получать жидкий СО₂, используемый в процессе криобластинга,

перспективного метода очистки поверхностей заготовок или изделий

машиностроения.

Таким образом комбинированное производство позволяет:

● обеспечить сжигание органической составляющей твердых отходов;

● исключить образование опасных для населения и животного мира диоксинов и фуранов;

● снизить на 50% выброс СО₂, способствующего созданию парникового эффекта;

● получать из доступной и недорогой гашеной извести (Ca(OH)₂) коммерчески востребованный продукт – хлорид кальция (CaCl₂), применяемый в качестве ускорителя твердения бетона, антигололедного реагента;

● получать кальцинированную соду, применяемую в стекольном производстве, мыловарении и производстве синтетических моющих средств, эмалей, ультрамарина. Она также используется для умягчения воды паровых котлов и устранения жёсткости воды, для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна;

● обеспечить получение прибыли или в крайнем случае самоокупаемость производства.

И бытовых отходов

Очистка и переработка жидких отходов подробно рассмотрена в учебном пособии Букейханова, Гвоздковой и Чмырь [ 12 ] и поэтому в данной работе

будет частично приведена в совокупности с материалами по переработке твердых отходов.

Сложившаяся в России система обезвреживания ТБО основана на приоритетном захоронении большей части отходов на полигонах и неорганизованных свалках, занимающих более 40 тыс. га.

На рис.2.4 представлен вариант технологической схемы переработки твердых бытовых и промышленных отходов.

Рис.2.4. Технологическая схема переработки твердых промышленных

И бытовых отходов

Для определения методики переработки ТБО проводят анализ состава ТБО. По мере роста содержания бумаги ТБО становится легче сжигать. Снижение доли пищевых отходов в ТБО менее 20% делает невозможным приготовление из них компоста.

Компостирование – биохимический процесс, осуществляемый благодаря жизнедеятельности аэробных микроорганизмов (термофильных микроорганизмов). Эти микробы выделяют много тепла и нагревают ТБО до 70⁰С. В результате болезнетворные микробы гибнут, сырье перегорает, образуется компост. В естественных условиях этот процесс длится месяцами.

На заводах, где измельченные ТБО постоянно перемешивают, чтобы микробы имели требуемый им избыток воздуха, компостирование заканчивается за 2-3 дня. Однако при снижении содержания пищевых отходов процесс резко замедляется и становится неэффективным.

Полигоны и свалки. Твердые промышленные и бытовые отходы (далее ТПО и ТБО) до сих пор в значительных объемах вывозят на полигоны и свалки.

Затратный, но крайней мере неопасный для природной среды вариант их заключается в капсулировании -- обволакивании токсичного отхода инертной пленкой (стеклообразной или полимерной).

И бытовых отходов

Схема процесса переработки твердых отходов включает следующие этапы:

1.Сбор и сортировка отходов, отделение посторонних включений;

2. Измельчение (одно- или двухстадийное), в результате которого отходы приобретают размеры, достаточные для дальнейшей переработки;

3.Отмывка загрязнений от дробленного материала, а также отделение от него посторонних примесей;

4.Высушенные и дробленные отходы смешивают со стабилизаторами, наполнителями и другими ингредиентами и гранулируют;

5.Последующее использование гранул зависит от рода отходов.

Процесс переработки отходов включает комплекс механических, гидродинамических, тепловых, диффузионных, химических, биохимических технологий.

Утилизацию твердых отходов осуществляют после разделения отходов на компоненты в процессе очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами.

Главными физическими свойствами отходов, по которым происходит процесс их сортировки, являются плотность, цвет, блеск, размер, форма, вязкость, хрупкость, магнитная восприимчивость, жаропрочность и др.

Методы измельчения базируются на дроблении и помоле (рис.2.5) путем раздавливания, раскалывания, размалывания, резания, распиливания, истирания.

Рис.2.5 . Схема методов дробления и классификации отходов по крупности:

а – одностадийная с открытым циклом; б – одностадийная с проверочным грохочением; в – одностадийная с открытым циклом и предварительным грохочением;

г – одностадийная с предварительным и проверочным грохочением

Методы сортировки проводят грохочением, гидравлической и воздушной классификацией с выделением фракций материалов различных размеров измельченных материалов (рис.2.6).

Методами агрегирования укрупняют мелкодисперсные частицы. Они включают в себя гранулирование, таблетирование, брикетирование, высокотемпературную агломерацию. При гранулировании происходит формирование агрегатов сферической или цилиндрической формы из порошков, паст, расплавов перерабатываемых материалов Его осуществляют

Рис. 2.6. Схема выделения материалов различных классов при грохочении:

а – от крупного к мелкому, б – от мелкого к крупному в – комбинированным способом

в ротационных (барабанных, тарельчатых, центробежных, лопастных) и вибрационных грануляторах.

В грануляторе окатывания (рис.2.7) материал поступает на наклонную вращающуюся тарель, увлажняется связующей жидкостью, которую подают через форсунку и окатывается до гранул заданной величины.

Методы сепарации твердых отходов, используемые при переработке отходов (минеральных, содержащих черные и цветные металлы; смеси пластмасс; сплавы металлов), основаны на различии в магнитных, электрических и других физических свойствах отходов (слабомагнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компонентов.

Примеры работы магнитного сепаратора.будуь даны в 2..4.3, посвященном утилизации использованных автомобилей.

Извлечение ценных компонентов из твердых производственных отходов проводят путем экстрагирования и кристаллизации.

Экстрагирование представляет собой извлечение из твердого вещества одного или нескольких компонентов с помощью растворителя. При этом извлекаемые компоненты из твердой фазы переходят в растворитель

Рис. 2.7. Схема гранулятора окатывания:

1 – станина, 2 – тарель, 3 – кожух, 4 – форсунка, 5 – электропривод,

6 – механизм поворота,7 – смотровой люк, I – вход порошка, II – выход гранул

(экстрагент). Для последующего выделения целевого компонента из смеси с экстрагентом применяют выпаривание или ректификацию. Используют следующие основные типы экстракторов: смесительно-отстойные, колонные и центробежные.

В смесительно-отстойном экстракторе с раздельными устройствами транспортирования и перемешивания жидкости протекают 2 основных: стадия экстракции и стадия регенерации экстрагента. В качестве экстрагентов используют воду, углеводороды и другие вещества. При экстракции из загрязненного грунта извлекают нефть и нефтепродукты. Затем экстракт разделяют на экстрагент, нефть и нефтепродукты. Последние можно повторно использовать в виде топлива.

Кристаллизация заключается в переходе вещества из жидкой фазы в твердую в виде кристаллов из раствора или расплавов из-за изменения его растворимости. На рис.2.8 представлена схема кристаллизатора.

Рис. 2.9. Стол сортировочный пневматический типа KPS 2300

пластическая деформации; 2) надрез (сдвиг и образование трещины); 3 полное разрушение материала. Схема работы аллигаторных ножниц приведена на рис.2.10.

Термические методы измельчения делят на: газовую, плазменную, кислородно-дуговую резку, шпурение с помощью кислородного копья.

Рис. 2.10. Схема устройство аллигаторных (рычажных)

ножниц модели Н2230:1 – станина; 2 – челюсть; 3 – ролик; 4 – спора;

5 – привод; 6 – предохранительное устройство

Наиболее распространена газовая резка для обработки лома из нелегиро-ванных и низколегированных сталей, имеющего толщину до 500 мм:. разделка автомобилей, судов, вагонов, контейнеров, рельсов и другого крупнога-баритного лома. Процесс газовой резки включает три стадии: подогрев металла в газовом пламени до температуры воспламенения, окисление (сгорание) металла в кислородной струе и выдувание кислородной струей жидких продуктов из зоны резки. Продукты окисления расплавляются, а нижележащие слои металла нагреваются до температуры воспламенения (рис.2.11).

Лом из легированных сталей измельчают плазменной резкой (лом с толщиной стенок до 150 мм) (рис.2.12).

Рис. 2.11. Переносная машина для автоматической газовой резки листа

Рис. 2.12. Схема оборудования для плазменной резки

Плазменная струя образуется за счет возникновения электрической дуги в газовом потоке. Газ подогревают дугой до такого состояния, при котором его молекулы ионизируются. Энергия струи плазмы выплавляет и частично испа-ряет металл из полости реза. Температура в ядре плазмы достигает 30000°С, что приводит к мгновенному расширению газа, выходящего вследствие этого из мундштука плазменного резака с очень высокой скоростью.

Кислородно-дуговая резка также позволяет измельчать лом из легированных сталей (толщина стенок такого лома не более 80 мм). Дугу создает постоянно плавящаяся проволока, служащая отрицательным электродом, а положительным электродом является металлолом.

Механическое измельчение твердых отходов проводят раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными комбинациями этих способов.

В зависимости от размера кусков исходного материала и конечного продукта измельчение условно делят на несколько классов (табл. 2.4). Под степенью дробления и измельчения понимают отношение размеров наибольших кусков исходных твердых отходов и конечных продуктов дробления, измельчения.

Дробление и измельчение подразделяют на сухие и мокрые методы.

Для дробления применяют щековые, конусные, валковые дробилки, работающие по принципу раздавливания, и ударные дробилки (молотковые, роторные, дезинтеграторы.

Измельчение твердых отходов осуществляют в машинах, принцип работы которых основан на распиливании, резании и ударе.

Классификация основного оборудования для измельчения твердых продуктов включает:

· измельчители раскалывающего и разламывающего действия - щековые, конусные, зубовалковые и другие дробилки (рис.2.13);

· измельчители раздавливающего действия - гладковалковые дробилки, ролико-кольцевые, вертикальные, горизонтальные и другие мельницы;

измельчители истирающе-раздавливающего действия - гнерковые

Таблица 2.4. Классы измельчения твердых объектов

Рис. 2.13. Конусная дробилка

· измельчители, бегуны, катково-тарельчатые, шаро-кольцевые, бисерные и другие мельницы;

· измельчители ударного действия - молотковые измельчители, бильные, шахтные мельницы, дезинтеграторы и дисмебраторы, центробежные, барабанные, газоструйные мельницы;

· ударно-истирающие и коллоидные измельчители — вибрационные, планетарные, виброкавитационные и прочие мельницы; реактроны;

· прочие измельчители (пуансоны, пилы и т.д.).

Методы и оборудование классификации (сортировки) твердых отходов по крупности кусков. Существует 3 вида разделения сыпучих материалов по крупности кусков или частиц:

· механическое (грохочение),

· пневматическое (сепарация),

· гидравлическое (гидроциклонирование).

Грохочение обычно применяют для разделения (классификации) материала с размерами частиц более 5-10 мм Производительность грохотов высока при относительно малых затратах энергии. При грохочении разделение происходит эффективно при перемещении и достаточном перемешивании материала по поверхности сита, при котором крупные частицы не преграждают путь мелким частицам к отверстиям сита. При движении по поверхности сита не все мелкие частицы проходят сквозь отверстия. Чем совершеннее процесс грохочения, тем меньше мелких частиц попадает в надрешетный класс. Эффективность грохочения выражают отношением массы продукта, прошедшего сквозь сито, к массе нижнего класса в исходном материале (%% или доли)..

Материалы с размерами частиц, исчисляемыми в микрометрах, классифицируют только сепарацией. В ряде случаев особо тонкий помол выгоднее проводить до размеров частиц, не требующих классификации. При сепарации материал разделяются по крупности частиц в потоке газа. Применяют сепараторы двух основных типов:

· воздушно-проходные, в которых вихревое движение создается воздушным потоком,

· циркулярные, снабженные вращающимися лопастями. В них сепаратор работает по замкнутому циклу, что исключает проблему очистки воздуха от особо мелкой пыли.

Гидроциклонирование - классификация (разделение) частиц, включая частицы до 5 мкм, в потоке воды, когда вместе с разделением необходимо произвести промывку.

Методы укрупнения мелкодисперсных частиц вторичных материальных ресурсов (ВМР) имеют как самостоятельное, так и вспомогательное значение и объединяют различные приемы гранулирования, таблетирования, брикетирования.

Гранулирование – это совокупнoсть физических и физикохимических процессов, обеспечивающих формирование частиц определенного спектра размеров, формы, необходимой структуры и физических свойств.

Таблетирование ─ процесс получения методом прессования компактных изделий или полуфабрикатов в виде таблеток (пеллет) или брикетов из сыпучих или волокнистых материалов. Применение таблеток позволяет снизить себестоимость изделий благодаря сокращению трудоемкой операции весового дозирования порошков, повысить производительность прессового оборудо-вания, улучшить качество изделий и условий труда, поскольку при таблетировании значительно уменьшается объем пресс-материала (для пресс-порошка примерно в два раза, для волокнистых пресс-материалов – в 10 и более раз) и соответственно уменьшается объем загрузочных камер пресс-форм и ход рабочих органов прессов, что сокращает продолжительность технологического цикла прессования. В таблетированных пресс-материалах снижается содержание воздуха и увеличивается теплопроводность по сравнению с порошковыми, что позволяет сократить продолжительность подогрева и прессования таблеток при изготовлении изделий.

Брикетирование – окускование при давлениях прессования от 15,0 до 150,0 МПа – менее чувствительно к свойствам исходного материала, и поэтому его применяют для переработки разнообразных зернистых материалов дисперсностью до 10 мм (для грануляции требуются куски крупностью менее 74 мкм).

Рис.2.14. Схема организации потоков отходов автотранспортных средств

для отделения металлолома. Далее собранные в отдельные потоки отходы автотранспортных средств направляют на переработку.

Металлолом сортируют на черные и цветные металлы, которые в дальнейшем направляют на переплавку.

Содержащиеся в отработанных аккумуляторах кислоты нейтрализуют. Свинец, связанный с сурьмой, также подвергают переработке, а полимерные отходы уничтожают путем высокотемпературного сжигания. Не исключено получение из них биотоплива.

Измельченный остаток отходов автотранспортных средств размещают на городских свалках или сжигают, добавляя к твердым бытовым отходам в количестве, равном 5% их общей массы. Образующиеся при этом шлаки содержат большое количество тяжелых металлов. Для снижения токсичности отходов все больше внимания при разработке автомобилей уделяют извлечению опасных химических материалов (например, тяжелых металлов, хлорсодержащих полимеров и др.). Этому способствует соответствующая стандартизованная маркировка деталей на стадии их изготовления.

Поэтому одной из перспективных целей управления с отходами автотранспортных средств является максимальное применение рециклинга материалов и наиболее полная утилизация отходов (до 80% общей массы автомобиля).

На рис.2.15 показана в общем виде схема утилизации отходов автотранспортных средств. Движение отходов автотранспортных средств начинают с площадок сбора данных отходов. Часть этих площадок, оснащенных резательным и прессовым оборудованием для предварительной обработки отходов (для повышения эффективности их хранения и транспортировки), может быть преобразована в сортировочно-накопительные склады. Они необходимы как для квалифицированной сортировки отходов, обуславливающей эффективность их дальнейшей переработки, так и для исключения экологически опасных компонентов отходов автотранспортных средств.

Рис.2.15. Организационно-технологическая схема утилизации

Рис. 2.17. Схема работы сухих промышленных магнитных сепараторов

Разделение магнитных и немагнитных материалов в барабанных магнитных сепараторах происходит при их движении по рабочей поверхности барабана, т.н. обечайке. Её изготавливают из немагнитной нержавеющей стали (иногда с применением покрытия из стеклоткани или керамического покрытия для дополнительной механической защиты), вращающейся вокруг неподвижной системы постоянных магнитов. Магнитная система расположена внутри барабана и занимает до половины его окружности в сечении. Магнитные частицы притягиваются к поверхности барабана и удерживаются магнитными силами. «Прилипнув» к вращающейся поверхности барабана, магнитная примесь выносится из области сильного магнитного поля неподвижной системы постоянных магнитов и собирается в металлосборник , тем самым осуществляя разгрузку барабана.

Полезный немагнитный продукт (это может быть зерно, мука, песок, руда и т.д.) не испытывает действия магнитной силы притяжения и практически сразу сходит с барабана по баллистической траектории под действием центробежной силы, силы тяжести и силы трения. Магнитные сепараторы такого типа выполняют в одиночной и двойной конфигурациях. В двойной конфигурации используют два барабана, вращающихся в противоположных направлениях вокруг вертикальной оси вращения.

Установка магнитноимпульсной сепарации лома цветных металлов, включая автомобильный, автоматически извлекает цветной металл из засоренного металлического лома при одновременной сепарации по плотности (отделения алюминия и его сплавов от меди, медных и цинковых сплавов). Установка предназначена для обработки ТПО и ТБО, содержащих лом цветных металлов.

При утилизации отходы автотранспорта и бытовой техники предварительно дробят в специальных молотковых дробилках на отдельные куски с размерами менее 100мм. Далее существующими методами (использование воздушных потоков, электромагнитов с постоянным полем и переменным полем низкой частоты) отделяют часть диэлектрических материалов (легкая фракция), ферромагнитные тела и крупные куски цветных металлов. Оставшаяся часть лома с размерами 3−5 см и меньше содержит до 70% металлов в смеси с диэлектриком.В настоящее время эта часть сырья сепарации не подлежит, что существенно снижает рыночную стоимость этой части лома.

Магнитно-импульсный сепаратор извлекает цветные металлы с размерами частиц менее 50 мм, одновременно разделяя частицы меди и алюминия. Принцип действия установки: проводящие тела ускоряются и сбрасываются с конвейера в результате удара, который возникает при кратковременном воздействии на них сильного импульсного магнитного поля (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Схема магнитоимпульсной сепарации:

1 – соленоид (источник магнитных импульсов, сбрасывающих металлические частицы с конвейерной ленты); 2 – контейнер для частиц из диэлектрических материалов; 3 – контейнер для частиц из мели и медных сплавов; 4 – контейнер для алюминиевых частиц; 5 – электромагнит, притягивающий частицы из черных металлов

Магнитное поле создает соленоид, расположенный под конвейером, при протекании по нему разрядного тока конденсаторной батареи. Параметры установки выбраны так, чтобы баллистические траектории тел различной плотности существенно отличались. Это позволяет отделить медные тела от алюминиевых: они попадают в разные бункеры. При этом диэлектрические тела не подвергаются воздействию поля и остаются на конвейере, а затем сбрасываются с него в бункер отходов. В промышленном макете получен продукт с содержанием алюминия более 90 % (до этапа магнитно-импульсной сепарации его содержание составляло около 60%).

Производительность установки определяют скорость движения конвейера, плотность потока материала, частота. срабатывания установки. Технические параметры предлагаемого сепаратора: производительность — 3 куб. м в час; чистота сепарации по алюминию — более 90%; крупность сепарируемых кусков — 15−45 мм. Установка экологична, полностью автоматизирована; потребляет менее 10 кВт/час.

Потребительские характеристики магнитно-импульсного сепаратора существенно отличаются в лучшую сторону от характеристик известных в настоящее время сепараторов, в которых для разделения по плотности используют дорогостоящие и экологически опасные «тяжелые суспензии», то есть жидкости различной плотности.

Барабанный грохот. Грохочение (рассев) под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил используют для разделения твердых отходов на фракции по размерам. Грохочением называется процесс разделения на классы по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях.

Грохочение осуществляют с помощью грохотов. Разделение материалов на грохоте происходит благодаря колебательным движениям ячеистых поверхностей, в результате которых разделяемые материалы встряхиваются и зерна с размером меньше размера отверстия проходят сквозь него. При грохочении смесь зерен отходов разделяют на две фракции: надрешетный продукт, состоящий из зерен с размером больше отверстий рассеивающей поверхности, и подрешетный продукт, зерна которого прошли через отверстия.

Барабанный грохот представляет собой сортировочную сетку в виде барабана, вращающуюся вокруг оси и составляющую небольшой угол с горизонталью. Для одновременного выделения различных классов крупности концентрически устанавливают несколько сеток с ячейками разного размера. Барабаны могут иметь форму цилиндра, конуса, призмы, усеченных конуса или пирамиды.

Барабанные грохота уравновешиваются, вращаются медленно, в меньшей степени передают вибрацию на опоры, поэтому их можно устанавливать на межэтажных перекрытиях и на бункерах. Вместе с тем они громоздки, так как в каждый момент времени используется не более 20% общей площади просеивающей поверхности. Производительность барабанного грохота достигает 100 т/ч (рис.2.19).

Рис. 2.19. Барабанный грохот

2.4.4.Утилизация отработанных шин автотранспорта

Количество использованных шин растет в России с высокой скоростью. Только Москва производит 600 тысяч использованных шин в год. Есть разные методы решения проблемы их рециклинга. К настоящему времени определились следующие способы переработки изношенных шин:

· восстановление в годные для эксплуатации шины;

· сжигание для физического освобождения жизненного пространства или для получения тепловой и электрической энергии;

· термообработка пиролизом с получением ряда ценных продуктов;

· измельчение автошин с получением ряда ценных порошков, сохранивших качественный состав материала;

· модификация изношенных шин в строительные и другие изделия;

· технология растворения шин с последующей ректификацией.

Восстановление изношенных шин в годные для эксплуатации шины можно проводить не более двух раз и поэтому является только временной отсрочкой решения проблемы их переработки.

В табл.2.5 сопоставлены показатели технологий сжигания, пиролиза и измельчения изношенных шин.

Таблица 2.5.Сравнительная характеристика технологий переработки

Рис.2.21. Схема переработки отходов полимерных изделий

виде вышедших из употребления изделий требуют более основательной подготовки.

Например, предварительная обработка отходов сельскохозяйственной полиэтиленовой пленки, мешков из под удобрений, отходов из других

источников, а также смешанных отходов включает следующие этапы:

● сортировка (грубая)

●идентификация (для смешанных отходов),

●измельчение,

●разделение смешанных отходов,

●мойка,

●сушка.

●После этого материал подвергают грануляции.

Предварительная сортировка включает: грубое разделение отходов по различным признакам: цвету, габаритам, форме и, если это нужно и возможно, - по видам пластмасс. Её производят, как правило, вручную на столах или ленточных конвейерах; при сортировке одновременно удаляют из отходов

Таблица 2.6. Оценка уровня использования технологических стадий утилизации

Таблица 2.7.Типы пленочных изделий, полученных из отходов ПВХ

Последующее хлорметилирование полученных продуктов приводит к получению соединений, растворимых в воде, что свидетельствует о возможности использования вторичного полистирольного сырья для получения растворимых полиэлектролитов.

Технологические отходы ПС по своим физико-механическим и технологическим свойствам не отличаются от первичного сырья. Эти отходы являются возвратными и их в основном используют на тех предприятиях, где они образуются. Такие отходы можно добавлять к первичному ПС или использовать в качестве самостоятельного сырья при производстве различных изделий. Значительное количество технологических отходов (до 50%) образуется в процессе переработки полистирольных пластиков литьем под давлением, экструзией и вакуум-формованием, возврат которых в технологические процессы переработки позволяет значительно повысить эффективность использования полимерных материалов и создавать безотходные производства в промышленности переработки пластмасс.

АБС-пластики широко применяют в автомобилестроении для изготовления крупных деталей автомобилей, при производстве сантехни-ческого оборудования, труб, товаров народного потребления и т.д. При выборе способа переработки экструзионного АБС доказана принципиальная возможность формования изделий методами прямого прессования, экструзии, литья под давлением.

Ответственной за эффективность переработки отходов АБС техноло-гической стадией является сушка полимера, позволяющая довести содержание влаги в нем до уровня, не превышающего 0,1 %. В этом случая устраняется образование таких дефектов в материале, возникающих от избытка влаги, как чешуйчатая поверхность, серебристость, расслаивание изделий по толщине; от предварительной сушки свойства материала улучшаются на 20.. .40 %.

Однако способ прямого прессования оказывается малопро-изводительным, а экструзия полимера затрудняется из-за его высокой вязкости.

Перспективной представляется переработка технологических отходов АБС полимера методом литья под давлением. При этом для улучшения текучести полимера необходимо вводить технологические добавки. Добавка к полимеру облегчает процесс переработки АБС полимера, так как приводит к увеличению подвижности макромолекул, гибкости полимера и снижению его вязкости. Полученные по такому способу изделия по своим эксплутационным показателям не уступают изделиям из первичного полимера, а порой даже превосходят их. Бракованные изделия можно утилизировать измельчением с последующим формованием полученной крошки в смеси с первичными материалами или в качестве самостоятельного сырья.

Значительно более сложная ситуация наблюдается в области утилизации изношенных изделий из ПС, в том числе вспененных пластиков. За рубежом основными путями их утилизации являются пиролиз, сжигание, фото- или биоразложение, захоронение. Использованные изделия культурно-бытового назначения, а также промышленности полимерных, строительных, теплоизо-ляционных материалов и других можно подвергать повторной переработке в изделия. В основном это касается изделий из ударопрочного ПС.

Блочный ПС необходимо перед повторной переработкой совмещать с ударопрочным ПС (соотношение 70:30), модифицировать другими способами или подвергать вторичной переработке его сополимера с акрилонитрилом, метилметакрилатом (МС) или тройные сополимеры с МС и акрилонитрилом (МСН). Сополимеры МС и МСН отличаются более высокой стойкостью к атмосферному старению (по сравнению с ударопрочными композициями), что имеет большое значение при последующей переработке.

Вторичный ПС можно добавлять к ПЭ. Для превращения отходов полистирольных пленок во вторичное полимерное сырье их подвергают агломерированию в роторных агломераторах. Низкое значение ударной вязкости ПС обусловливает быстрое измельчение (по сравнению с другими термопластами). Однако высокая адгезионная способность ПС приводит, во-первых, к слипанию частиц материала и образованию крупных агрегатов до того (80°С), как материал становится пластичным (130°С),и, во-вторых, к прилипанию материала к перерабатывающему оборудованию. Это значительно затрудняет агломерирование ПС по сравнению с ПЭ, ПП и ПВХ.

Полученный из смешанных отходов вторичный ПС обладает высокими физико-механическими показателями, его можно в расплавленном состоянии добавлять в асфальт и битум. При этом снижается их стоимость, и прочностные характеристики возрастают примерно на 20 %.

Для повышения качества вторичного полистирольного сырья проводят его модификацию.

Методы переработки отходов полиамидов (ПА). Значительное место среди твердых полимерных отходов занимают отходы полиамидов (капрон и анид), образующиеся в основном при производстве и переработке в изделия волокон, а также вышедшие из употребления изделия.

Количество отходов при производстве и переработке волокна достигает 15% (из них при производстве - 11... 13 %). Так как ПА дорогостоящий материал, обладающий рядом ценных химических и физико-механических свойств рациональное использование его отходов приобретает особую важность.

Многообразие видов вторичного ПА требует создания специальных методов переработки и в то же время открывает широкие возможности для их выбора. Наиболее стабильными показателями обладают отходы ПА-66, что является предпосылкой создания универсальных методов их переработки. Ряд отходов (обрезиненный корд, обрезь, изношенные чулочно-носочные изделия) содержит неполиамидные составляющие и требует специального подхода при переработке загрязнены. причем Количество и состав загрязнений изношенных изделии определяют условия эксплуатации изделий, организация их сбора, хранения и транспортирования.

Существующие способы переработки отходов ПА можно отнести к двум основным группам:

●механические, не связанные с химическими превраще-ниями,

● физико-химические.

Механические способы включают измельчение и различные приемы и методы, использующиеся в текстильной промышленности для получения изделий с волокнистой структурой.

Механической переработке отходов ПА подвергают слитки, некондици-онная лента, литьевые отходы, частично вытянутые и невытянутые волокна. Измельчение является не только операцией, сопровождающей большинство технологических процессов, но и самостоятельным методом переработки отходов.

Измельчение позволяет получить порошкообразные материалы и крошку для литья под давлением из слитков, ленты, щетины. Характерно, что при измельчении физико-химические свойства исходного сырья практически не изменяются. Для получения порошкообразных продуктов применяют, в частности, процессы криогенного измельчения.

Отходы волокон и щетины используют для производства рыболовной лесы, мочалок, сумочек и др., однако при этом требуются значительные затраты ручного труда. Из механических методов переработки отходов наиболее перспективными, получившими широкое распространение следует считать производство нетканых материалов, напольных покрытий и штапельных тканей. Особую ценность для этих целей представляют отходы полиамидных волокон, которые легко перерабатываются и окрашиваются.

Физико-химические методы переработки отходов ПА классифицируют следующим образом:

· деполимеризация отходов с целью получения мономеров, пригодных для производства волокна и олигомеров с последующим их использованием в производстве клеев, лаков и других продуктов;

· повторное плавление отходов для получения гранулята, агломерата и изделий экструзией и литьем под давлением;

· переосаждение из растворов с получением порошков для нанесения покрытий;

· получение композиционных материалов;

· химическая модификация для производства материалов с новыми свойствами (получение лаков, клеев и т.д.);

Деполимеризацию широко применяют в промышленности для получения высококачественных мономеров из незагрязненных технологи-ческих отходов. Её проводят в присутствии катализаторов, представленных нейтральными, основными или кислыми соединениями.

Широкое распространение в нашей стране и за рубежом получили метод повторного плавления отходов ПА, получение порошков из отходов ПА путем переосаждения из растворов, наполнение их волокнистыми материалами (стекловолокном, асбестовым волокном и т.п.).

Основными процессами, используемыми для регенерации вторичного полимерного сырья из отходов ПА, являются:

· регенерация ПА путем экструзии изношенных капроновых сетематериалов и технологических отходов с получением гранулированных продуктов, пригодных для переработки в изделия методом литья под давлением;

· регенерация ПА из изношенных изделий и технологических отходов капрона, содержащих волокнистые примеси (не полиамиды), путем растворения, фильтрации раствора и последующего осаждения ПА в виде порошкообразного продукта.

Вторичное волокнистое полиамидное сырье, содержащее неполиамидные материалы, обрабатывают для удаления неполиамидных включений.

В настоящее время технологические отходы, образующиеся в производстве капронового волокна достаточно эффективно используют для производства нетканых материалов, напольных покрытий и гранулята для литья и экструзии.

Утилизация отходов полиуретанов. Крошку от механического измельчения отходов полиуретана используют в качестве наполнителя в составе различных композиционных материалов.

Отходы полиуретановой продукции измельчают на специальном оборудовании, регулирующим размеры получаемой крошки в широком диапазоне, например на станках роторного типа марок ИПР-150М, ИПР-300М, ИПР-450М. Схема переработки отходов полиуретана приведена на рис.2.24.

Наиболее приемлемым вида физической переработки эластичных пенополиуретанов является «склеивание». Перерабатываемые прокладочные

Рис.2.24. Схема утилизации отходов полиуретана

материалы измельчают и склеивают связующими, основу которых составляют материалы, из которых изготавливают эластичный пенополиуретан. Такие материалы обладают более высокой по сравнению с исходным материалом плотностью, и широко применяют при изготовлении ковровых подкладок, а также подлокотников и подголовников автомобилей.

Утилизация отходов поликарбонатов. Поликарбонат сочетает в себе высокую прочность, низкий вес, хорошие оптические свойства, широкий (в сравнении с другими пластиками) температурный диапазон применения (-40°С +120°С), гибкость, достаточные (в многостенных панелях) теплоизоляционные свойства, огнестойкость, долговечность. Поликарбонат обладает высокой химической устойчивостью к большинству неинертных веществ, что дает возможность применять его в агрессивных средах.

Однако, поликарбонат не устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей. Материал, не имеющий специальной защиты, в течение нескольких лет станет непригодным для дальнейшей эксплуатации. Для удобства определения слоя с ультрафиолетовой защитой производители на маркируют поверхностную защитную полиэтиленовую пленку.

По экологическим параметрам поликарбонат не уступает таким материалам, как стекло, а по прочности намного превосходит его. Его свойства мало изменяются с ростом температуры, а критически низкие температуры, ведущие к хрупким разрушениям, находятся за пределами возможных отрицательных температур эксплуатации. Производят сотовый поликарбонат и поликарбонат листовой. Поликарбонат широко используют также для получения изделий методом литья под давлением. Из специальные литьевых марок полимера литьем получают изделия для оптики и светотехники.

Основное применение ПК – поликарбонатная пленка для упаковки пищи при повышенных температурах. Перспективные области применения - пакеты, стерилизуемые в автоклавах и упаковки для микроволновых печей, упаковка медицинских изделий.

Проницаемость пленки для газа и паров воды высокая, поэтому для улучшения барьерных свойств на ПК пленку наносят покрытие.. Выдающимся свойством поликарбонатной пленки является ее размерная стабильность, она совершенно непригодна в качестве усадочной пленки; нагревание пленки до 150°С (т.е. выше точки размягчения) в течение 10 минут дает усадку всего 2%. ПК легко сваривают как импульсным, так и ультразвуковым способами, а также обычной сваркой горячими электродами.

Пленку легко формовать в изделия, при этом возможна большая степень вытяжки с хорошим воспроизведением деталей форм. Хорошую печать можно получить разными методами (шелкографии, флексографии, гравировки). Из поликарбоната формуют разогреваемые подносики с готовыми блюдами (упаковка типа «кипяти-в-упаковке»). В обоих случаях используют высокую теплостойкость полимера.

Сотовый поликарбонат производят из высококачественного поликарбо-ната методом экструзии расплавлением гранул пластика и выдавливанием этой массы через особую форму (фильеру), которая определяет строение и конструкцию листа. Получают полые листы ячеистой структуры, в которых 2 или более слоев поликарбоната соединены внутренними продольными ребрами жесткости ориентированными в направлении длины листа. Высокая пластич-ность и прочность самого материала делает возможным получать экструзии-онным способом листы с очень тонкими стенками (0,3-0,7 мм) без потери ударопрочных характеристик и в то же время с очень малым весом. Воздух, содержащийся в пустотах между слоями листа, обеспечивает его высокие теплоизоляционные свойства, а ребра жесткости - большую конструктивную прочность по отношению к весу.

Основные преимущества сотового ПК:

· сверхвысокая ударная прочность (сотовый поликарбонат при малом весе в 200 раз прочнее стекла и в 8 раз прочнее акриловых пластиков и ПВХ);

· высокая термостойкость;

· высокая огнестойкость;

· чрезвычайная легкость, малый удельный вес (сотовый поликарбонат весит в 16 раз меньше, чем стекло и в 3 раза меньше, чем акрил аналогичной толщины);

· высокие теплоизоляционные свойства, низкая теплопроводность;

· высокая светопроницаемость (прозрачность - до 86 %);

· хорошая шумо- и звукоизоляция;

· высокая химическая устойчивость;

· прочность на изгиб и на разрыв;

· отличная устойчивость к атмосферным воздействиям;

· долговечность, неизменность свойств (гарантийный срок службы изделий из поликарбоната 10-12 лет);

· безопасность остекления (поликарбонат не разбивается, не даёт трещин, а следовательно, острых осколков при ударе);

· ПК с специальным защитным слоем препятствует проникновению наиболее вредных для внутреннего помещения УФ излучений);

· легкость листов позволяет создавать легкие, оригинальные и элегантные конструкции.

Монолитный поликарбонат. Светопрозрачный пластик, обладающий теми же преимуществами, что и сотовый поликарбонат, но гораздо более прочный (лист толщиной 12 мм не пробивает пистолетная пуля), однако и более тяжелый и дорогой. Монолитный поликарбонат - идеальный материал для остекления, где требуется сочетание легкости и прочности материала.

Другие варианты применения ПК. Поликарбонат также успешно применяют для изготовления следующих конструкций:

· световые фонари, светопропускающие кровли для промышленных, спортивных и частных зданий;

· навесы для АЗС, автостоянок, рынков, бассейнов и детских площадок;

· теплицы и оранжереи в частном и промышленном применении;

· козырьки, веранды, , беседки, душевые кабинки;

· перегородки в офисах, подвесные потолки, декорации сцен в театрах и клубах;

· световые короба, стенды.

Рециклинг полиэтилентерефталата. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) относят к полимерам, пригодным для упаковки пищевых продуктов.

Первая стадия рециклинга ПЭТ измельчение (резание, размалывание), разделение компонентов отходов и очистка разделенных фрагментов. Российские предприятия используют много импортного оборудования для рециклинга, тем не менее можно наблюдать реальный прогресс в замещении импорта. Стандартная машина для резания (измельчения) недостаточно продуктивна, потому что ПЭТ бутылки слишком легкие и плохо отрабатываются роторным ножом. ООО "Салмис" (г.Москва) спроектировала технологическую линию для ПЭТ бутылок, которая позволяет в 7-10 раз увеличить производительность измельчения использованных ПЭТ бутылок и равна 1000 кг в час.

Для повторного получения «пищевого» ПЭТ, на наш взгляд, наиболее надежен путь декомпозиции использованных изделий из ПЭТ до исходных веществ ─ терефталевой кислоты и этиленгликоля ─ с последующим синтезом нового ПЭТ (рис.2.25).

Рис.2.25. Схема синтеза и декомпозиции ПЭТ

Измельченный или модифицированный химическими методами исполь-зованный ПЭТ наиболее целесообразно перерабатывать в технические изделия.

Очень важен факт, что Российская госкорпорация «Роснано» инвестирует проект «Рециклинг полиэтилентерефталата» (метод фирмы «Extricom» Техноло-гическая линия «Retech recycling technology» для использованных ПЭТ бутылок производит чистые ПЭТ-хлопья с производительностью 450-600 кг/час.

Фирма «GNEUSS» спроектировала инновационную MRS-технологию производства качественной ПЭТ-пленки из грязных использованных ПЭТ бутылок.

Значительный интерес представляет технология фирмы «Sicoplast», позволяющая получать качественные хлопья ПЭТ, из которых далее можно производить широкий ассортимент востребованной на рынке продукции. Блок-схема рециклинга отходов ПЭТ фирмы «Sicoplast»т приведена на рис. 2.26.

Рис.2.26 . Блок-схема технологии рециклинга отходов ПЭТ

фирмы « Sicoplast »

Исходным сырьем является использованная ПЭТ-бутылка, а также конструкционные пластмассы, такие как АБС, ПС, ПМ. Перед запуском в переработку сырье сортируют по цветам (бесцветный, голубой, зеленый, корич-невый). Из общей массы сырья исключают партии, содержащие загрязнения в виде масел, ядохимикатов, лакокрасочных материалов и горючих веществ (бензин, ацетон и т.д.), а также других вязких веществ не растворимых в воде.

Линия имеет систему водоподготовки с оборотной водой и системой очистки воды. Конечным продуктом переработки является чистые ПЭТ-хлопья.

Одно из перспективных направлений рециклинга ПЭТ-бутылок и других ПЭТ-изделий является производство полиэстеровой ленты (ПЭТ-лента или лавсановая лента), Первый завод по ее производству ООО «Лавсан Индустрия» открылся в 2003 г. в г.Клин (м.о.). До этого на отечественный рынок поступала импортная продукция из Швейцарии, Германии и Италии.

ПЭТ-ленту широко используют во всем мире для упаковки и транспортировки таких тяжелых грузов как металлопрокат, лесо- и пиломатериалы, кирпич, огнеупорные изделия, грузы на поддонах и т. д. Прежде для обвязки таких грузов применяли стальную холоднокатаную ленту. ПЭТ-лента позволяет избежать двух существенных недостатков стальной ленты. Во-первых, она не ржавеет и соответственно не загрязняют товар, во-вторых, повысила безопасность труда, поскольку снятие стальной обмотки при распаковке грузов является чрезвычайно травмоопасной операцией.

В настоящее время на рынке представлены три вида упаковочных лент: полипропиленовая, полиэстеровая и стальная. Первая значительно уступает по прочности двум последним. Усилие на разрыв у нее (в зависимости от толщины и размера) составляет 65-380 кгс, поэтому такую ленту применяют в качестве обвязывающего материала для упаковки и скрепления коробок с малогабаритными грузами весом до 500 кг. Главная борьба за рынок крупногабаритных и тяжелых грузов разворачивается между производителями стальной холоднокатаной и ПЭТ-ленты.

Одним из важнейших параметров при сравнении подобного типа упаковок являются их прочностные характеристики. Так, удельная прочность мягких стальных лент составляет приблизительно 300-350 Н/мм, полунагартованных — 350-450 Н/мм, а нагартованных — 450-750 Н/мм. Удельная прочность ПЭТ-лент находится в пределах от 450 до 600 Н/мм и составляет 75-95% прочности стальных нагартованных изделий. Но при этом первые обладают значительно большей упругостью (величина их относительного упругого удлинения

составляет 8-12%), что также немаловажно при проведении погрузочно-разгрузочных работ.

Например, при поднятии пакета пиломатериалов вилочными погрузчиками края упаковки провисают, что приводит к растяжению ленты на крайних обвязках. Мягкие стальные ленты в подобном случае растянутся, но неупруго, а затем, когда пакет будет поставлен на землю, провиснут. Нагартованные ленты порвутся, поскольку у тех из них, что произведены в России из сталей марок 08пс и 08кп, упругое относительное удлинение равно нулю. А вот полиэстеровая продукция не просто растянется при деформации пакета, но и вернется затем в начальное положение, проявляя так называемый эффект возвратной памяти.

Другим примером изменения размера пакуемого груза в процессе производства является уменьшение объема пакетов с пиломатериалами в сушильных камерах. В этом случае пакеты перед помещением в камеру, как правило, обвязываются лентами. После сушки стальные ленты, не имеющие относительного упругого удлинения, провисают на пакете, что требует их подтяжки или полной перепаковки тюка. Полиэстеровые же ленты способны выдерживать температуру до 95°С, поэтому на выходе из сушильной камеры достаточно прочно обтягивают пакет, экономя время и упаковочные материалы.

Вес ПЭТ-лент в 4-7 раз меньше, чем стальных. Как следствие — упаковки полиэстеровых изделий, равные по весу металлическим аналогам, имеют в 4-5 раз больший метраж. Кроме того, отсутствие острых кромок исключает возможность порезов, а сам полиэстер устойчив к атмосферным воздействиям, не ржавеет и не оставляет на поверхности груза ржавых пятен. Сумма всех этих факторов значительно облегчает работу с ПЭТ-продукцией.

2.4.6.. Переработка и утилизация гальваношламов

Гальваношламы, образующиеся при очистке сточных вод гальвани-ческого производства являются промышленными отходами 2-3 класса опасности. Это суспензии или пасты гидроксидов тяжелых металлов (никеля, хрома, цинка, меди, железа, алюминия и др.), содержание которых достигает 10% , представляющих промышленную ценность.

На Сессии Генеральной Ассамблеи ООН (1997 отметили, что утилизация отходов, содержащих тяжелые металлы, относится к числу проблем, по своей значимости располагающейся непосредственно за утилизацией радиоактивных отходов, так как соединения тяжелых металлов являются мощными стимуля-торами и возбудителями раковых и сердечно-сосудистых заболеваний, накапливаются в пищевых цепочках, что усиливает их опасность для человека.

В табл.2.8 представлены результаты анализа усредненной пробы гальваношлама крупного предприятии машиностроительного профиля. Схема обезвреживания и утилизации гальваношламов представлена на рис.2.27.

Обезвреживании шламов в основном методами химической фиксации (спекание, ферритизация твердой фазы отходов, силикатизация и др.). Однако все методы фиксации решают только часть экологических проблем и не позволяют использовать шламы в качестве вторичного промышленного сырья, например для извлечения ценных компонентов.

В зависимости от состава гальваношламов после обезвоживания их можно использовать в качестве вторичных материалов, например, при производстве кирпича, отделочной плитки, черепицы. Чтобы проверить надежность «захоронения» тяжелых металлов в керамике, производят вытяжку из нее водой, а также растворами уксусной и серной кислот (рН=5,5) .Необходимо, чтобы во всех вытяжках содержание металлов находилось в пределах ПДК. При повышении рН содержание металлов, особенно хрома, в вытяжках значительно увеличивается.

Табл. 2.8. Содержание тяжелых металлов в шламе, (% сухого вещества)

Рис.2.27. Основные направления обезвреживания и утилизации

Гальваношламов.

Гальваношламы являются сырьем для извлечения ценных компонентов. Согласно ГОСТ 1639-78 предприятия металлургии могут принимать для переработки отходы гальваники по определенным нормативам. Существуют и другие ограничения. Например, Zn является «ядом» для Ni, примеси Pb несовместимы с Zn и Ni и т.д. Шламы должны иметь влажность не более 10%, массу отдельных кусков не более 1кг. На рис. 2.28 представлена схема безотходной переработки гальваношламов.

Схема переработки твердых отходов производства и потребления гальванических элементов (ГЭ) приведена на рис.2.28 и 2.29.

Рис. 2.28. Схема безотходной переработки гальваношламов

Рис. 2.29. Схема процесса переработки твердых отходов производства производства и потребления гальванических элементов (ГЭ)

Рис. 2.30. Схема термического реактора для переплавки стеклобоя и отходов стекловолокна:1 – загрузочное окно, 2, 7, 9 – форсунки, 3 – фильтр, 4 - дымовая труба, 5 – двойной свод, 6 – узел подачи воздуха, 8 – питатель, 10 – гранулятор, 11 – стекломасса, 12 – отходы.

и вывода охлаждающей воды снабжен форсункой с механизмом регулирования угла наклона относительно вытекающей струи стекломассы. Термическое гранулирование струи стекломассы ведут при вязкости 0,15-0,3МПа при соотношении струи расплава стекломассы и воды 1,4…2 и соударяющихся под углом 45-80 град. на высоте, равной 15-30 диаметров отверстия питателя. Применение в реакторе двойного свода 5 с теплообменником и фильтра 3 позволяет эффективно использовать тепло отходящих газов и, снижая перепад температур между верхней и нижней частями плавильного бассейна, резко уменьшить выбросы в атмосферу из расплава вредных и дефицитных компонентов (бора, фтора, мышьяка и др.), улучшить структуру получаемых гранул.

Оптимальны условия в объеме отходов и получаемом расплаве, минимальные потери при сгорании топлива и стабилизация химического состава стеклогранул, соответствующего требованиям на сырьевые материалы для стекловарения, позволили по сравнению с имеющимися решениями снизить расход топлива на 40%, повысить производительность в 2,5 – 3 раза и значительно снизить выбросы в окружающую среду соединений бора. Экономия минерального сырья при подготовке стекольной шихты с использованием специально переработанных отходов основного производства достигает 30%.

На рис.2.31 представлена технологическая схема рекуперации твердых отходов стекловолокна и стеклобоя. при 450-830⁰С в туннельной или барабанной печи и последующим резким охлаждением.

Рис. 2.31. Технологическая схема рекуперации твердых отходов стекловолокна и стеклобоя:1 – бункер накопительный, 2 – бункер расходный, 3 – зона сортировки и асирации, 4 – зона нагрева, 5 – зона охлаждения, 6 – конвейер, 7 – измельчитель, 8 – пневмосистема.

Стеклянные нити (их отходы) в мягкой и твердой фазах, прошедшие операции сбора, транспортировки и сортировки направляют в туннельную печь в виде слоя с определенным соотношением его высоты к ширине от 0,025 до 0,35, и температуре 450-830⁰С. Размеры слоя обеспечивают равномерный отжиг отходов и удаление (выжигание) органического и неорганического покрытия их поверхности по всему объему.

Подготовленные отходы подают в камеру охлаждения с целью резкого снижения их температуры. Охлаждение осуществляют за счет термического

удара (например, сжатым воздухом) при перепаде температуры сгорания наиболее термостойкого компонента покрытия стеклянных нитей или их отходов, что вызывает спонтанные структурные изменения в объеме переработанного материала, его разупрочнение (растрескивание) и массовое самоизмельчение волокон отходов. Отходы с прочностью на истирание и излом меньшей, чем до операции резкого охлаждения, направляют на измельчение, например, в молотковую дробилку при соотношении твердой фазы с мягкой, в три раза большем по сравнению с их соотношением до термообработки.

Дополнительно возможен ввод возвратного стеклобоя (например, бракованных стеклошариков) в измельчитель или печь отжига в количестве 2-45% от массы отходов. Возвратный стеклобой вводят в измельчитель с целью чение, например, в молотковую дробилку при соотношении твердой фазы с мягкой, в три раза большем по сравнению с их соотношением до термообработки.

интенсификации процесса измельчения отходов: стеклобой выполняет роль дополнительных помольных тел. Одновременно решается вопрос о его вторичном использовании. Стеклобой вводят в печь отжига при наличии в стекле кусков крупнее 30-70мм. За счет термоудара такие куски разрушаются на фракции 1-15мм, которые затем направляются в измельчитель в качестве помольных тел и для дополнительного их измельчения до максимальных размеров 0,8-1,0мм.

Технико-экономический эффект от использования этого способа рекуперации:

●увеличение производительности процесса 1,4-1,7 раза,

● снижение энергозатрат на 32-43%

● использование в стекловарении порошка из отходов целевого продукта путем его добавки в качестве комплексного компонента в традиционную порошковую или компактированную шихту экономит до 45% дорогостоящего минерального сырья.

●уменьшение загрязнения окружающей среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном учебном пособии нами мало представлены материалы о ресурсосбережении за счет использования нанотехнологий. Причина в том, что по этому новому, перспективному направлению, которое включено в число приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, нами будет составлено новое учебное пособие.

С позиций обеспечения сохранения ресурсов можно указать на следующие разработки, по нанотехнологиям и производимой на их основе продукции:

● Из нанотрубок можно создать сверхлегкие и сверхпрочные композиционные материалы для пожарных и космонавтов.

● Нанотрубки ─ идеальный материал для безопасного хранения газов во внутренних плоскостях. В первую очередь водорода, который использовали бы как топливо для автомобилей, если бы громоздкие, толстостенные и небезопасные баллоны для хранения Н₂ не лишали Н₂ его главного преимущества ─ энергии, выделяемой на единицу массы (на 500 км пробега автомобиля требуется 3 кг Н₂).

● Нанотрубки можно будет использовать как микроскопические контейнеры для перевозки и хранения химически или биологически активных веществ: белков, ядовитых газов, компонентов топлива и даже расплавленных металлов.

● Включая нанотрубки в различные сплавы (алюминиевые, магниевые, литиевые) можно существенно повысить износостойкость, прочность и трещиностойкость. Нанотрубки будут также полезны при разработке новых смазочных и охлаждающих составов, для повышения ресурса механических узлов трения транспортных систем. Опыты показывают, что расход топлива при этом сокращается на 2-7%, износ деталей — в 1,5-2,5 раза, а мощность двигателя внутреннего сгорания увеличивается на 2-4%.

● Нанотрубки позволили в последнее время достичь прогресса в повышении эффективности искусственного фотосинтеза.

● Малые частицы и наноразмерные элементы используют для производства различных авиационных материалов, например, радиопог-лощающие керамических материалов, в матрице которых беспорядочно распределены ультрадисперсные металлические частицы.

● Нанотехнологии станут основой новой промышленной революции, которая приведет к созданию устройств в 100 раз более прочных, чем сталь и не уступающих по сложности человеческим клеткам. Уже создаются и будут создаваться устройства, основанные на новейших материалах с необычными свойствами. Благодаря обработке на атомарном уровне, привычные материалы будут обладать улучшенными свойствами, постепенно становясь все легче, прочнее и меньше по объему.

Согласно прогнозу ученых это произойдет через 10-15 лет.

● Прогнозируют, что нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Новые виды в промышленности не будут производить отходов, отравляющих планет, а нанороботы смогут уничтожить последствия старых загрязнений ─ нанотехника восстановит озоновый слой, очистит от загрязнений почву, реки, атмосферу, океаны, демонтирует заводы, плотины, рудники, запечатает радиоактивные отходы в вечные самовосстанавливающиеся контейнеры. Более того, эксперименты с образцами почв, пораженных радиационно и химически (в том числе и чернобыльскими), показали возможность восстановления их с помощью нанопрепаратов на основе бактериородопсона до естественного состояния микрофлоры и плодоносности за несколько месяцев! Следы промышленной деятельности почти исчезнут с лица Земли, сократятся сельскохозяйственные угодья, большую часть планеты покроют сады и естественные экосистемы…

● С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет пребразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за энергосистемами позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества.

● В настоящее время на рынке продают только скромные достижения нанотехнологий – такие как самоочищающиеся ткани и упаковки, дольше сохраняющие свежими продукты питания. Однако ученые предсказывают триумфальное шествие нанотехнологий в недалеком будущем.

Вопросы для самоконтроля

Литература

1. Л.Э. Шварцбург Человеке- и природозащитное обеспечение автоматизированного машиностроения// Вестник МГТУ «Станкин». 2008.№3.С.19-21; 133,134.

2. Звенигородский Ю. Г., Шварцбург Л. Э.Управление экологической безопасностью производственных систем: учебное пособие / Ю. Г. Звенигородский, Л. Э. Шварцбург.- М: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2009. 178 с

3.Шварцбург Л.Э.Б Звенигородский Ю.Г.,Букейханов Н.Р. Методология разработки проектов ресурсосбережения //Вестник МГТУ "Станкин".-2011.№2.С.14-17.

4.Бушуев В.В. Практика конструирования машин: справочник.–М: Машиностроение, 2006. - 448 с.

5.Логика проектирования машин. Учебное пособие / Сост. М.Г. Косов, Ю.В. Гуревич, К.А.Симанженков - М.: Янус-К, 2008. -250 с.

6..Букейханов Н.Р.,Чмырь И.М. Инновационные подходы к решению проблем ресурсосбережения в машиностроении // Вестник МГТУ «Станкин». 2008.№4. С.161-166.

7.Букейханов Н.Р.Эвристические методы модернизации производств машиностроительных предприятий// Букейханов Н.Р.,Чмырь И.М., Хайро Д.А., Сергеев В.Н Вестник МГТУ «Станкин». 2010.- №3. С.75-79.

8.Дрю Ж.-М. Ломая стереотипы.(Disruption). СПб.Изд-во Питер, 2009.-272 с.

9.Гвоздкова С.И. Процессы и аппараты очистки промышленных выбросов: Учебное пособие.- М.:МГТУ «Станкин». 2010.- 81с.

10.Букейханов Н.Р., Чмырь И.М. Утилизация диоксида углерода абгазов мусоросжигающего завода как проект выполнения требований Киотского соглашения // Вестник МГТУ «Станкин». 2009,№4.С. 72-74.

11. Сергеев В.Н.,,Букейханов Н.Р.,Никишечкин А.П., Чмырь И.М., Воробьев П.Б.. Ресурсосберегающие интегрированные технические системы на основе процесса газового азотирования // Экология и промышленность России (ЭКиП).2011,№12.С.8-9.

12.Букейханов Н.Р., Гвоздкова С.И., Чмырь И.М. Процессы очистки производственных вод:Учебное пособие.-М.: МГТУ "Станкин", 2011.-84 с.

13.Бобович Б. Б. Переработка промышленных отходов: Учебник для вузов. - М: "СП Интермет Инжиниринг", 1999. - 445 с.

14.Калыгин В.Г. Промышленная экология:учеб.пособие для студ.вы-сш.учеб.заведений /-М.:Изд. центр "Академия"--2006.-432 с.

15.Борщев В.Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы: учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004. 75 с.

16.Пат. РФ № 2380164, 2008. МПК B03C1/10/. Барабанный магнитный сепаратор // Килин В.И., Якубайлик Э.К., Килин С.В.

17.Клищенко В.П. Мини-завод по утилизации изношенных автошин // Экология и промышленность России (ЭКиП).2009,№1. С.4-5.

18.Богданов К. Ю. Что могут нанотехнологии? М.: Изд-во Просвещение, 2009. - 96 с.

КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТОВ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Учебное пособие

Москва 2012

УДК

ББК

Б90

Рецензенты:

д.ист.н., проф., член-корр.РАЕН

Евченко А.Ф. - Зав.каф.гуманитарно-социальных и естественно-научных

дисциплин НОУ ВПО "Московский институт права", к.ф.н., доцент

Н.Р. Букейханов, С.И. Гвоздкова, И.М. Чмырь, Вэй Пьо Маунг

УДК

ББК

ВВЕДЕНИЕ

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 960; Нарушение авторского права страницы