Рассказов С. В. Учебно методический комплекс по д�

^
11.1. Метод анализа материальных потоков
Анализ потоков перемещаемого материала позволяет просле­дить за производственным циклом в течение всего временного от­резка от начала использования материала в производстве до конеч­ного продукта. При этом можно оценить потери в процессе транс­портировки, упаковки и хранении. Результаты такого анализа дол­жны быть использованы в мероприятиях по рациональному устра­нению потерь. По данным проведенного анализа можно сделать выводы о возможном улучшении режима производства; о предпо­сылках для перехода к повышенной готовности продукта за счет изменения технологии; о методах рациональной транспортировки и хранении и о причинах брака и снижении качества продукции. Анализ материальных потоков позволил получить определенные положительные результаты, которые были сформулированы в виде соответствующих требований.

• Так, в частности, для перемещения и доставки материалов необходимо использовать экономические транспортные средства.

• В процессе производственного цикла желательно избегать промежуточного хранения материалов и уменьшать время ожида­ния материала между циклами последовательной обработки.

• Следует предусмотреть и улучшение процесса перемещения материала не только во время производства., но и в подготовительный период. При этом необходимо учитывать то, что улучшение процесса перемещения материала в свою очередь существенным образом влияет на технический уровень средств производства. К ра­циональным требованиям по организации движения материалов в производственном цикле можно отнести также необходимость организации рабочих мест и своевременной поставки основных и вспомогательных материалов, чтобы удаление отходов и их сбор не нарушали основного процесса производства, а также, чтобы последняя операция по обработке материалов была совмещена с процессом по упаковке и подготовке для потребителя.


11.2. Анализ перемещения продукта.
Анализ перемещения продукта по сути своей является продол­жением анализа перемещения материала в производстве. При ана­лизе продукта исходят из того, что с точки зрения охраны окружаю­щей среды должен обеспечиваться контроль и проверка продукта на его экологическую чистоту на всем протяжении жизненного цикла продукта от начала его изготовления до полного удаления. Анализ линейного перемещения продукта позволяет оценить экологический, общественный и хозяйственный критерий производства и потреб­ления данного продукта и на их основе с учетом перспективного производства продукта определить экологический кризис. Для про­ведения данного анализа используется определенная информация о данном продукте. При этом сам процесс рассмотрения может быть представлен в двухмерном измерении.

В условно «вертикальном» измерении имеется возможность рассмотреть полный жизненный цикл продукта начиная от получе­ния сырья, через переработку на всех этапах производства, торгов­лю, потребление и заканчивая удалением. При этом на всех этапах предполагается включение и всей транспортной цепочки и хране­ние. Данный путь решения лежит в основе двух важнейших эколо­гических законов.

1. Экологическое решение будет лишь тогда иметь положитель­ное значение, если анализ за перемещением продукта будет осуще­ствляться не только в стране производителе, но и в других странах, потребляющих данный продукт.

2. На протяжении всей линии движения продукта одно из зве­ньев, на котором со временем происходит ухудшение условий дви­жения продукта, может соответственно повлиять как на предыду­щие, так и на последующие ступени перемещения.

На схеме приведены принципиальные фазы жизненного экологического цикла продукта, которые могут быть проанализированы с помощью линии перемещения продукта (рис. 2).


Рис. 2 принципиальные фазы экологического жизненного цикла продукта
При рассмотрении в условно «горизонтальном» измерении учитывается, что экологическая оптимизация часто затрагивает ра­мочные экономические условия, которые в конечном итоге опреде­ляются как ограничивающие факторы влияния. То есть в данной системе измерения следует принимать во внимание три составляю­щие, а именно природу, общество и производство. Эти три состав­ляющие должны быть использованы при разработке производствен­ных матриц процесса в определенной иерархии в рамках экологи­ческих, общественных и хозяйственных критериев. В начале анали­за по результатам предварительного изучения необходимо выбрать на каком из производственных объектов должен быть использован анализ линии продукта, одновременно определить соотношение между потребностью данного продукта и в какой степени эту по­требность можно удовлетворить с помощью других продуктов.

После этого выбрать варианты исследования, и по каждому из них представить матрицы линии перемещения продукта. Как пра­вило, по каждому из вариантов имеются свои ограничивающие рам­ки. В то же время все поля матрицы необходимо проверить на усло­вие соответствия определенной жизненной фазы продукта.

Источником информации при анализе по каждому варианту могут быть расчеты, данные статистики экологических или меди­цинских служб, а также данные, полученные в результате опроса населения.

После непосредственного этапа анализа следует этап ожида­ния результатов. В конечном итоге после установления всех факто­ров потери материалов в том или ином технологическом процессе предприятие должно пересмотреть общую стратегию переоборудо­вания производства.
11.3. Экологический баланс
Под экологическим балансом понимается систематическая оцен­ка экологических последствий, которые связанны с определенным продуктом или процессом. При экологическом балансе необходимо рассматривать экологическое воздействие на всех ступенях произ­водства и регенерации продукта, просчитывая все нагрузки на ок­ружающую среду от использования энергии, сырья и поступающих в биосферу отходов.

В настоящее время полной обобщающей методики расчета еще нет, но есть отдельные практические результаты. Так, в частности, имеется методика проведения экологического баланса для упаковоч­ного материала. По основным материалам, используемым в каче­стве упаковки, определены экологические нагрузки на атмосферу и гидросферу, а также потребности в энергии и объемах отходов.

Как показали результаты расчетов внедрение новых упаковоч­ных материалов снизило потребление энергии на 40 % и привело к уменьшению твердых отходов на 50 %. В то же время нагрузка на воду не изменилась, а экологическая нагрузка на атмосферу возрос­ла в четыре раза. Согласно принятой схеме расчета каждой едини­цы вредного вещества, поступающей в окружающую среду, соот­ветствует определенная величина экологического фактора. Так, на­пример, одному грамму выделения 8О2 соответствует 23 экопункта, а одному грамму FCKW - 4 500 экопунктов. Поэтому при выделе­нии, в качестве примера, 50 г SО2 и 4 г FCKW общая экологичес­кая нагрузка составит 23-50 + 44500 = 19 150 экопунктов. Если из­делие состоит из различных материалов с различным массовым со держанием, то баланс проводят в пересчете на килограмм изделия, и после этого определяют экопункты по изделию в целом.

При использовании методики экологического баланса экофактор следует устанавливать как



где F- действительная величина нагрузки;

Fк - максимально допустимая величина нагрузки.

Первый член произведения оценивает влияние каждого вред­ного загрязнения на величину экофактора, так как чем более вред­ное или опасное выделение поступает в биосферу, тем ниже должна быть и величина максимально допустимой нагрузки.

Второй член учитывает изменение экофактора со временем, в связи с постепенным ростом действительной нагрузки Р. На величи­ну полученного экофактора Э умножают используемую величину или потери в рассматриваемом процессе в тоннах, м3, кВтч или других физических величинах. Полученные по вариантам величины сравниваются друг с другом.

Экологический баланс проводят в два этапа. На первом этапе оце­нивают материальные и энергетические потоки в кВтч, м3 воды, газа и отходы в тоннах или м3. На втором этапе оценивают влияние матери­альных и энергетических потоков на окружающую среду. При этом оценку нагрузки на среду проводят по экологическим критериям.

При экологической оценке должна указываться экологическая стоимость. В расчетах по определению экологической стоимости ис­пользуют понятие экологической плотности (F/FK) - отношение суще­ствующей нагрузки на окружающую среду к максимально-допусти­мой в рассматриваемой области.



Экологическая плотность в зависимости от действительной нагрузки может снижаться или повышаться во времени (рис. 3).



Рис. 3 Изменение экологической плотности вредного выделения во времени
11.4. Анализ израсходованного материала
Анализ израсходованного материала служит основой для со­ставления технических и хозяйственных норм, а также использует­ся для научного нормирования. Результатом такого исследования, как правило, является снижение расхода материала и энергии.

Анализ происходит, как правило, в три этапа.

- На первом этапе проводится описание технологического процесса в целом и отдельных его составляющих.

- На втором этапе определяется теоретически необходимое исполь­зование материалов.

- На третьем этапе определяется эффективность расходования ма­териала.

Исходя из эффективности материальных потоков на исследуе­мом временном отрезке определяют текущую реальную картину, по которой выделяют произведенную продукцию и отходы.

Эффективные материальные затраты на каждой ступени производства сравнивают с теоретическими материальными затратами и на основании этого проводят анализ расхождения между теорети­ческими и практическими материальными издержками. Установлен­ные материальные и сырьевые потери в результате анализа обосно­вывают по причинам и объемам. При этом их можно разделить на неизбежные и потери, которые можно устранить.

На схеме приведены факторы, которые в той или иной степени влияют на расход материалов и энергии.

По результатам анализа энергетического и материального рас­ходов обосновываются нормы. С помощью этих норм, как мини­мум, можно планировать потребность производства в энергии и материалах. В то же время, с их помощью можно определить и ре­зервы производства в материалах и энергии. Введение этих норм должно стимулироваться оплатой работников.

Таким образом, научно-обоснованные нормы позволяют сни­жать удельные затраты энергии и материалов на единицу выпуска­емой продукции. С помощью норм проводится также перестройка производства на использование ресурсосберегающих технологий.
^
Развитие энергетического хозяйства в индустриальных стра­нах за последнее столетие привело к следующим результатам. Снаб­жение электроэнергией обеспечивается от крупных установок; про­изводство и потребление пространственно разделены, и между ними не существует прямого соответствия; использование энергии чисто потребительское и как правило, не вызывает интереса друг к другу.

Теплоснабжение носит более децентрализованный характер и распространяется максимум в пределах города или поселка. Для получения теплоты, в основном, используются природные источни­ки, в то же время использование возобновляемых источников энергии остается ограниченным.

Как правило, энергоснабжение носит монопольный характер и в этих условиях стремление к прибыли и увеличение производ­ства энергии приходят к противоречиям. Анализ энергетических потребностей потребителя показывает, что центральное энергоснаб­жение становится нежелательной необходимостью. Так как при транспортировке электроэнергии потери меньше, чем при транспор­тировке теплоты, то установки по преобразованию энергии должны располагаться непосредственно вблизи потребителя.

Чтобы изменить приведенные здесь положения и достичь же­лаемого развития в энергосбережении, необходимо использовать для прямого энергетического потребления энергию из окружающей среды. Энергия от регенеративных источников может быть суще­ственным добавлением.

В основу понятия «регенеративные источники энергии» вхо­дят такие источники, которые остаются неисчерпаемыми, несмотря на увеличение численности населения и возрастание энергопотреб­ления. В настоящее время можно говорить о трех различных регене­ративных источниках энергии:

• Солнце, энергия от которого в виде излучения поступает на поверхность Земли;

• Земля, в ядре которой происходит распад изотопов и выде­ляющаяся при этом теплота за счет теплопроводности подводится к внешней поверхности;

• гравитационная система Солнце-Земя-Луна, результатом ко­торой на Земле с определенной частотой происходят приливы и от­ливы воды в морях и океанах.

Под действием этих источников на поверхности Земли появля­ется энергия, которая проявляется в прямой или косвенной форме.

Под прямой формой энергии понимается энергия солнечного излучения, геотермальная энергия на поверхности Земли и энергия приливов и отливов. К косвенной форме энергии можно отнести: энергию в окружающем пространстве, энергию от биомассы, энер­гию воды в реках, от таяния льда и снега, энергию ветра, морских волн и течений.
^
13.1 Кругооборот воды в природе.
Водопотребление населения и промышленности, так или иначе, вмешивается в процесс естественного кругооборота воды в природе, отнимая из него часть чистой воды и возвращая после использования. Так как возвращаемая вода имеет другое качество, то и качество воды в природных источниках постоянно ухудшается, что снижает возможность ее дальнейшего использования.

Естественный кругооборот воды возникает в результате устойчивого обмена между испарением и конденсацией влаги в земле. Испаряющаяся под действием солнца, ветра и разности парциальных давлений пара в атмосфере вода в виде пара поднимается в верхние слои атмосферы и переносится ветром на значительные расстояния. В результате охлаждения пар конденсируется в капли, которые вновь выпадают на землю. Часть выпадающих осадков с поверхностными стоками стекает в водоемы, а часть воды просачивается в землю и по подземным каналам в конечном итоге выходит на поверхность. За счет этой воды постоянно обновляются и пополняются поверхностные и подземные источники. От этого объема воды питаются растения и в результате биологических процессов происходит частичное испарение. Определенная часть воды выпадает в виде снега и возвращается в естественный кругооборот лишь со временем.

Оценочные расчеты водопотребления на земле показывают, что из общего водного баланса для целей водоснабжения используется около 6% воды. Так как в естественный кругооборот постоянно возвращается загрязняемая вода, то для сохранения чистых источников воды в природе возвращаемую со стоками воду необходимо очищать.

Водные ресурсы распределены по поверхности земли слишком неравномерно и в целом ряде областей наблюдается значительный дефицит воды для ее использования за счет естественного кругооборота.

В тоже время ограничение водоснабжения зависит не только от количества, но и от качества имеющейся воды. При этом загрязнение воды в результате человеческой деятельности представляет наибольшую опасность.

В настоящее время во многих районах практически нет воды, которая могла бы использоваться без предварительной обработки. А так как процесс естественной очистки протекает достаточно долго, то очистка воды становится одной из главных задач водоснабжения.
13.2 Использование воды из открытых водоемов.
Поверхностные воды используются как от движущихся, так и неподвижных водоемов. Так как поверхностные воды, как правило, загрязнены, то они требуют специальной очистки и технологической обработки. Непосредственное использование поверхностных вод возможно в основном лишь для целей охлаждения промышленного оборудования и частичного полива.

Как правило, поверхностные воды содержат незначительное количество железа, марганца и углекислоты и отличаются малой жесткостью. Вода рек обладает качественными параметрами, которые зависят от времени года, температурных условий и условий загрязнения. Это усложняет процесс технологической очистки и не дает возможности после этого иметь строго постоянные качественные параметры. Поэтому для целей водоснабжения более предпочтительным является использование вода из прудов и озер.

Использование воды из рек в большинстве случаев применяется для хозяйственных целей, а для питья целесообразно использовать воду от подземных источников.

Для забора воды из рек необходимо строить специальный водозаборник (рис.4). При этом необходимо учитывать возможности прохода судов. Располагать водозаборник желательно как можно дальше от селений и промышленных предприятий.



Рис. 4. Устройство для забора воды из реки
При устройстве заборников воды из прудов и озер их желательно располагать на такой глубине, на которой температура воды в течение года меняется незначительно и куда практически не. При устройстве заборников воды из прудов и озер их желательно располагать на такой глубине, на которой температура воды в течение года меняется незначительно и куда практически не проникает прямое солнечное излучение. В этом случаи снижается биологическая активность микроорганизмов.

Наилучшее расположение водозаборников на глубине до 30 метров, но можно располагать и выше, но с учетом, чтобы до уровня воды было бы не менее 5 метров (рис. 5).



Рис. 5 Устройство водозабора из озера или пруда
Для целей водоснабжения возможно использование воды и из морей. Питьевая вода не должна содержать соли в количестве более 0,1%. В тоже время солесодержание в морской воде достигает 3,5 %. Но уже при 2 % содержании солей она для питья не пригодна.

Морскую воду необходимо не только обессоливать, но и очищать от загрязнений.

Опреснение морской воды осуществляется или в результате термической обработки (процесс кипения и последующей конденсации), которая требует значительных расходов энергии, или же в результате использования осмических установок.

В последнем случае морская вода под давлением подается в трубопровод, стенки которого представляют специальную диафрагму, через которую проходят маленькие по размеру молекулы воды и не проходят молекулы солей (рис. 6). Под давлением чистая вода просачивается через стенки диафрагмы, а соль с оставшейся водой возвращается в море. Очищаемая вода собирается и используется по назначению.



Рис. 6 Схема определения воды методом осмоса
13.3 Использование дождевой воды.
Дождевая вода может быть использована в том случае, если нет других источников водоснабжения. Так как количество осадков непредсказуемо, то и водоснабжение от этого источника связано с определенной вероятностью. Дождевая вода имеет малую жесткость, но вполне пригодна для питья. В тоже время капли дождя частично загрязняются от запыленного воздуха, а частично при попадании на землю. Поэтому для бытового водоснабжения можно использовать около 75 % осадков.

При величине осадков в 1 мм с 1 м можно собирать до 1 литра воды.

При этом поверхности для сбора воды должны быть чистыми.

Для сбора и хранения воды используются различные емкости. Эти емкости можно иметь в виде пустого пространства или же выполнять в виде пористого пространства (рис. 7).

Рис. 7 Емкость для хранения дождевой воды.
Для обеспечения отстоя воды от твердых частиц она может быть использована лишь через определенное время.
13.4 Использование грунтовой воды.
Грунтовые воды собираются в пористых пространствах земли (галька, песок...) и перемещаются по принципу сообщающихся сосудов под давлением гравитации. Пористые слои земли являются не только аккумуляторами воды, но и естественными фильтрами. При своем перемещении с поверхности земли до водо-аккумулирующего слоя вода проходит различные породы и очищается от загрязнений. В этом определенную роль играют и микроорганизмы.

О чистой грунтовой воде можно говорить лишь в том случае, если она перемещается в грунте не менее 90 дней и при этом колебания температуры были минимальными. Временной барьер в 90 дней считается достаточным, чтобы все имевшиеся в воде опасные организмы были уничтожены.

Слабо меняющаяся или постоянная температура воды соответствует такой глубине залегания грунтовых вод, при которой поверхностная вода, прежде чем попасть в зону грунтовых вод проходит достаточно большое расстояние через грунт и при этом очищается. Это обстоятельство позволяет использовать грунтовую воду для питья. В результате перемещения грунтовая вода может достичь на определенной глубине самой низшей зоны и образовать подземное озеро (рис. 8)

Водопроводящий слой играет роль водовода. Верхняя граница этого слоя является верхней поверхностью воды, а нижняя непроницаемой подошвой.


Рис. 8 Проникновение грунтовых вод
Между верхней границей грунтовых вод и верхней поверхностью земли вода перемещается за счет капиллярных сил. Этот слой называется всасывающей зоной. Чрез него сверху вниз во время осадков вода проникает за счет гравитации, а вверх за счет капиллярных сил. При этом вода контактирует и с воздухом. Верхняя граница грунтовых вод в течение года может колебаться. При изобилии осадков и весной он поднимается, а к зиме опускается вниз. В процессе перемещения по водоносному слою вода может насыщаться минеральными веществами и приобретать специфический вкус. Температура грунтовых вод на глубине 6 - 10 м изменяется в течение года незначительно и в большинстве случаев составляет 8 - 10 °С.