Несовершенство производственных технологий

Удовлетворения своих потребностей современный человек выполняет с помощью техники через производственные технологии по схеме: изъятие природного ресурса → его переработка → транспортировки использования для изготовления изделия → потребления изделия. В зависимости от типа природного ресурса и особенностей изделия принципиальная технологическая схема может отличаться от приведенной. Но всегда путь от природного ресурса к потребителю (человека) лежит через цепь технологических операций, на каждой из которых наблюдаются влияние на природу и расходы ресурса. Оценку этих расходов целесообразно выполнять для всей цепи по значению Квпр (формула (13), а для отдельной технологической операции - по величине КПД.

Рассмотрим для примера технологическую цепочку производства металла из руды. Содержание металла в руде, как правило, невелик. По мере использования "богатых" руд начинают разрабатывать "беднее". Как видно из рис. 4.5, за двести лет все богатые медные руды добыли и сейчас используют бедные в десять раз. Понятно, что "обедненной" руды для получения того же количества металла нужно больше, а это означает увеличение объема как изъятой из литосферы руды, так и неиспользованного балласта, который скапливается на поверхности земли в виде твердого и жидкого грязи.

Показатели медной руды

Рис. 4.5. Показатели медной руды

- ♦ - нужное количество руды для получения 100 г меди (кг); - ■ -содержимое меди в руде (%)

Очевидно, что идеальной технологией была бы такая, которая бы обеспечила получение металла непосредственно в рудном объеме. В таком случае балласт остается под землей, а изымается небольшая доля (несколько процентов) рудной массы - именно металл. Такая технология позволит свести к минимуму нарушения природной литосферы и подземных вод. А о масштабах таких нарушений при использовании современных несовершенных технологий свидетельствуют данные о производстве так называемых "черных металлов" с железной руды (рис. 4.6). Железо - химический элемент, который по распространению в природе занимает второе место, а по использованию (в виде сплавов) - первое. На долю сплавов железа приходится 95% всей продукции из металлов. Всемирно известный Криворожский железорудный бассейн (Кривбасс) простирается с юга на север на 100 км полосой шириной 2-7 км и мощностью до 80 метров вдоль рек Ингулец, Саксагань и Желтая. Богатые руды (содержание железа около 50%) находятся на глубине до 2,5 км и добываются в шахтах, а бедные - близко к поверхности и добываются открытым карьерным способом. Обогащение бедных руд к содержанию железа 62-66% происходит на горно-обогатительных комбинатах, расположенных рядом с карьерами.

Схема использования железной руды

За год в Кривбассе изымается в 30 млн. Тонн железной руды. Вместе с рудой откачивается из недр около 60 млн. М 3 высокоминерализованных подземных вод, которые накапливаются в поверхностных отстойниках-хранилищах и периодически сливаются в реки.

Вследствие использованной технологии за многие десятилетия эксплуатации под городом Кривой Рог образовались локальные пустоты общим объемом 6 км 3, что привело к проседанию земной коры и провалов глубиной до тысячи метров. Инфильтрация в грунтовые и подземные горизонты достигает 15 млн. М 3 в год, что привело к засолению земель и колодцев. В реки Ингулец и Саксагань сброшено с отстойников (ежегодно) по 50 000 тонн солей, среди которых преобладает (75%) NaCl. Использование через Ингулецкий оросительную систему "подсоленной" воды для полива сельхозкультур в течение нескольких десятилетий привело к засолению и деградации около 60000 гектаров орошаемых земель. Потребление этой воды населением повысило уровень заболеваемости гепатитом А.

Переработка железной руды в чугун происходит в доменной печи (домне), где под воздействием высокой температуры все составляющие руды расплавляются и размещаются в соответствии с плотности. Металл отделяется, а балласт сбрасывается в виде газообразных и жидких отходов, которые после охлаждения твердеют.

Полученный чугун - сплав железа с углеродом (3-4,5%) - частично используется для производства фасонного литья, но в основном предназначается для дальнейшей переработки в сталь - сплав железа с углеродом (до 2%) и другими легирующими металлами.

Для получения литья расплавленный чугун заливают в литьевой форме, которая воспроизводит внешние конфигурации и размеры отливки (будущей детали или изделия), а пустоты и отверстия ее занимают литейные стержни. Литьевые формы и стержни изготавливаются из формовочных материалов - смеси глины, песка, Бетониты, клея, краски, замазки и др. После кристаллизации отливки литьевого форму разбивают, а использованы формовочные материалы, перегоревшие от воздействия высокой температуры, вывозят на свалки твердых отходов. Во время заливки формы и ее разрушение, а также очистки отливок от внешних остатков формообразующих материалов в атмосферу выбрасывается значительное количество пыли и вредных газов. При массовом производстве литьевых форму делают разъемной металлической и используют длительное время.

Сталь производится из чугуна и стального лома в плавильных агрегатах (мартеновских печах, конверторах и электропечах), где из жидкого металла изымается сера, фосфор, кремний, углерод и другие примеси и добавляются в него необходимые легирующие элементы (С 2, Ni, Mg, Мп Ти, Ва). Полученная сталь или разливается в формы для производства литья, или поступает в твердом горячем состоянии на прокатные валки для деформирования в профильные металлические изделия - листы, трубы, рельсы, полосы, балки и т. При производстве стали, литья и стального проката в атмосферный воздух выбрасывается пыль, оксиды углерода, сероводород, фенолы, окислы азота, цианиды, бензол, толуол. Для производства одной тонны стали расходуется на технологические нужды 120-125 г воды. В отработанной воде - наличие веществ, содержащих железо, цинк, медь, хром и тому подобное. Обилие и твердых отходов металлургического производства.

Стальные и чугунные отливки и стальной прокат превращаются в детали машин и другие готовые изделия после необходимой механической обработки (обрезка, проточка, фрезеровка и т.п.) на соответствующих станках. Во время этих операций некоторое количество металла в виде стружки, пыли, обрезков загрязняет окружающую среду.

Для уменьшения негативного влияния металлургического производства на окружающую среду используют ряд мер, в том числе следующие:

- Создание замкнутых систем технологических вод, полностью изолированные от природных вод (рис. 4.7);

- Улучшение качества высокотемпературных процессов (горения, плавления и т.д.) путем совершенствования оборудования и технологий;

- Очистка отработанных технологических газов перед выбросом в атмосферу с использованием химических, биологических и физических методов;

- Использование твердых технологических отходов в качестве сырья для других производств - строительства, сельского хозяйства и т.

За двести лет индустриальной деятельности человечества благодаря использованию научных достижений, то есть в результате НТП, значительно повысилась эффективность технологий и техники. К сожалению, при этом учитываются только экономические показатели, на которые точно указал еще К. Маркс: "... на место старых машин, инструментов, аппаратов и т.п. заслоняют новые, более эффективные и сравнительно с размерами своей работы более дешевые". Влияние НТП на экологические показатели техники и технологий целенаправленно до недавнего времени не учитывались. Косвенно это влияние можно оценивать через два широко известны технические показатели - КПД, учитывающий эффективность использования энергии, то есть природных энергоресурсов, и удельный вес, которой оценивается количество материала приходится на единицу работы (для энергооборудования, например, - килограммов на лошадиную силу или кВт).

Схема системы замкнутой воды

Рис. 4.7. Схема системы замкнутой воды:

1 - промышленный потребитель воды; 2 - очистное сооружение; 3 - охладитель технологической воды; 4 - бассейн очищенной технологической воды; 5 - циркуляционный насос; А - горячая загрязнена отработанная вода; В - шлам; С - хладоноситель (атмосферный воздух, природная вода) Д - природная вода для компенсации потерь технологической воды на испарение; Е - чистая охлажденная технологическая вода

Как видно на рис. 4.8, с момента возникновения до конца XIX века качество судовых паровых машин значительно улучшилась - энергопотребление снизилось в шесть раз, а металлопотребления - в десять раз.

Приведенный пример - лишь одно свидетельство о значительных возможностях НТП, но учитывая огромные масштабы человеческой деятельности и ее влияние на природу, а также истощение природных ресурсов, следует признать человеческую техногенной деятельности в целом как несовершенную. Даже самые современные технологии наносят большой вред окружающей среде. Например, при производстве 25-килограммового компьютера создается 63 килограмма отходов, из которых 35% - токсичны.

Показатели судовых паромашинних установок

Рис. 4.8. Показатели судовых паромашинних установок


 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >