Экология металлургического производства. Раздел 3 : экологически чистое производств

№771 

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ 
(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
Кафедра руднотермических процессов 

Юсфин Ю С , Черноусое П И 

Одобрено Методическим 
советом института 

Экология металлургического производства 

Раздел 3 Экологически чистое производство 

Курс лекций 

для студентов специальностей 110100 072000,210200 

Москва 2000 

АННОТАЦИЯ 

Изложены основные требования и критерии экологически 
чистых технологий. Приведены сведения о законах и правилах 
управления ресурсами. Обсуждены проблемы применения техногенных ресурсов вместо природных. Обоснованы основные направления энергосбережения. Проанализированы возможности 
глобального и производственного рециклинга. 

© Московский 
Государственный 
институт стали и 
сплавов (ТУ), 
(МИСиС) 2000 

Содержание 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ 
5 

ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ 

ПРОИЗВОДСТВО» И ЕГО РАЗВИТИЕ 
6 

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 
13 

2.1 Классификация ресурсов 
13 

2.2 Природные ресурсы 
14 

2.2.1 Понятие «Природные ресурсы» 
, 
14 

2.2.2 Классификации природных ресурсов 
16 

2.2.2.1 Классификация природных ресурсов по происхождению 
, 
16 

2.2.2.2 Классификация по видам хозяйственного использования 
".., 
18 

2.2.2.3 Классификация по признаку исчерпаемости... 
19 

2.2.2.4 Несколько слов о «неисчерпаемости» природных ресурсов 
22 

2.2 3 Минеральные ресурсы 
, 
23 

2.2.3.1 Классификация минеральных ресурсов 
23 

2.2.3.2 Оценка топливно-энергетических ресурсов.... 
25 

2.2.3.3 Оценка ресурсов металлов 
32 

2.2.4 Водные ресурсы 
32 

2.2.4.1 Общая оценка водных ресурсов 
."..: 
32 

2.2.4.2 Водохозяйственный баланс и.его категории... 
35 

2.2.4.3 Мировое водопотребление 
36 

2.2.5 Биологический ресурс 
39 

2.3 Основные законы и правила управления ресурсами 
50 
2 3 1 Закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов («закон Мальтуса»)......,: 
52 

2.3.2 Правило конкурентного использования ресурса... 
54 

2.3.3 Закон убывающей отдачи 
, 
54 

2.3.4 Правило социально-экологического равновесия.. 
55 

2.3.5 Закон падения природно-ресурсного потенциала 
55 

2.3.6 Закон «шагреневой кожи» 
56 

2.3.7 Закон неустранимости отходов и/или побочных 

воздействий производства 
57 

2.3.8 Правило меры преобразования природных систем 
- 
60 

2.3.9 Качество изделий - важнейший ресурс 
61 

Экология металлургического производства Раздел 3 

2.3 10 Закон суммирования ресурсов или интегрального ресурса 
62 

2.3 11 Закон лимитирующего ресурса 
62 

2.3.12 Закон согласования управления ресурсами и 

состояния окружающей среды 
63 

2.3 13 «Венок законов» Б. Коммонера 
63 

2.4 Проблемы и правила суммирования ресурсов 
68 

2.5 Природные и техногенные ресурсы 
71 

2.6Жизненный цикл изделия 
92 

ГЛАВА 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ПРОИЗВОДСТВО. 

СОДЕРЖАНИЕ И КРИТЕРИИ 
, 
98 

3.1 Достижение наименьших энергетических затрат 
99 

3.1.1 Анализ структуры энергозатрат в мировом хозяйстве 
99 

3.1.2 Направление энергосбережения в отраслях и 

предприятиях 
108 

3 2 Материалосбережение и рециклинг 
'. 
111 

3 3 Выбросы в окружающую среду 
.' 
126 

3.3.1 Оценка выбросов в окружающую среду (ОВОС)... 
126 

3.3.2 Превентивное подавление выбросов - основное 
требование экологически чистого производства 
128 

ПРИЛОЖЕНИЕ 
136 

ЛИТЕРАТУРА 
, 
152 

4 

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ 

Термины «экологически чистые технологии», «ресурсосберегающие технологии»,'начиная с 70* - 80! годов стали одними из 
самых модных. Редко встречается промышленный проект, исследование, экспериментальная или производственная разработка, 
диссертационная работа, не имеющая в своём названии этих определений. Между тем, не менее 90 % указанных трудов не имеют 
никакого отношения к сбережению ресурсов и защите окружающей 
среды. Рискнём утверждать, что если последовать рекомендациям 
авторов предлагаемых нововведений, получим, в конце концов, в 
народнохозяйственном масштабе не экономию ресурсов и снижение давления на окружающую среду, а обратные результаты - перерасход ресурсов и ухудшение состояния природных систем. 

Это происходит по той простой причине, что всё в техносфере взаимосвязано и ничего не получается бесплатно. Достигнутый положительный эффект в ограниченном пространстве вызывает не просчитанные, непрогнозируемые и поэтому «неожиданные» 
изменения, чаще всего негативные, на других участках производственного пути. Вопросам соотношения различных ресурсов, связи 
ресурсосбережения с состоянием окружающей среды, оптимизации 
использования ресурсов и пр. современная наука до последнего 
времени не уделяла сколько-нибудь серьезного внимания. Управлению ресурсами не учат ни в одном учебном заведении страны 
Поэтому практически отсутствует система объективных критериев 
перспективности различных технологических и конструктивных разработок, отбора наиболее совершенных из них и наоборот запрета 
на неэффективные и экологически неприемлемые. Последние рекомендации международных организаций, касающиеся общих 
принципов оценки и сертификации продукции и технологий мало 
известны в Российской Федерации, в результате чего отечественная продукция теряет на мировом рынке свою конкурентоспособность. В нашей стране практически не издается литература, которая позволила бы ликвидировать дефицит информации в области 
этих крайне актуальных проблем. 

Настоящий лекционный курс призван, в определенной мере 
снабдить необходимыми сведениями студентов, и может быть полезен практикам металлургического производства 

5 

Экология металлургического производства Раздел 3 

ГЛАВА 1 

ПОНЯТИЕ «ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ 
ПРОИЗВОДСТВО» И ЕГО РАЗВИТИЕ 

Проблемы охраны окружающей среды и экономного использования ресурсов длительное время существовали раздельно, 
и лишь во второй половине XX века стали рассматриваться совместно. Только в наше время пришло, наконец, понимание неоспоримого факта, что вся история человечества это история ресурсоэкологических кризисов. За время существования Земли условия 
жизни постоянно менялись: менялось положение полюсов, передвигались участки земной коры, континенты сливались в единый 
материк и снова разделялись, изменялась площадь и глубина Мирового океана, появлялись и затухали вулканы, существовал и «исчез» ледниковый период и т.д. Но самое главное - это то, что за" 
прошедшие 4 млрд. лет все изменения происходили в узком диапазоне среднемировых физических характеристик, от которых зависит жизнь* Вода не замерзала и не кипела, постоянно присутствовала биота. Наиболее полно изучена эволюция Земли за последние 850 лет. За это время все изменения, например, средней температуры находились в пределах 10 °С. 

Пока человек занимался собирательством, он не нарушал 
стабильности окружающей среды вовсе. Но уже переход к сельскому хозяйству и охоте означал начало ощутимого влияния на состояние окружающей среды. Особенно это проявилось при сжигании древесины. За всю историю человечества было использовано, 
а потом заброшено около 2 млрд. га земли (всего в мире используется в сельскохозяйственных целях 4,7 млрд. га). Собственно сельское хозяйство обязано своим возникновением первому ресурсоэкологическому кризису - нехватке естественных продуктов живой 
природы. Ограниченность ресурсов орошаемого земледелия привело к освоению неполивных земель. Истощение лесов привело к 
использованию минерального горючего. 

Долгое время природные ресурсы казались человеку неисчерпаемыми/Так миф,о неисчерпаемости территории, пригодной 
для существования человека, начал рушиться лишь в Средневековье и это крушение обусловило начало эпохи всемирных Географических открытий. Вера в неисчерпаемость ресурсов была оконча
6 

• лава 1 Понятие «Экологически чистое производство» и его развитие 

тельно развенчана к началу промышленной революции, которая 
сама являлась результатом кризиса ручного труда. 

Именно после промышленной революции возникла общест 
венная необходимость во введении системы учета расхода ресур 
сов на проведение промышленных технологий. Одним из первых 
ресурсных параметров, который начал постоянно применяться в 
промышленности, явился расход топлива на доменную плавку. 

В литературе отмечается, что в конце XVIII века контроль 
расхода топлива утвердился на всех металлургических предприятиях. Впрочем, имеются сведения о том, что этот показатель выборочно применялся и ранее. Можно предположить, что такие ресурсные показатели как производительность и расход энергии были 
первыми, нашедшими свое применение в техносфере. К началу 
XX века система контроля расхода энергетических и материальных 
ресурсов сложилась окончательно. 

Можно считать, что экологические проблемы стали приоритетом с 1972 года. В этом году состоялась первая всемирная конференция ООН по состоянию окружающей среды. Время на осознание существа проблемы, её осмысление по мировым меркам ничтожно, однако, именно в этот период произошел беспрецедентный 
взрыв интереса населения Земли к неведомым ранее явлениям, и 
термины «экология», «окружающая среда» стали знаковыми для 
оценки мировых приоритетов. В последующие 25 лет пришло не 
только понимание неотвратимости срочного решения проблемы 
окружающей среды, но, что самое главное, стало окончательно ясно, что в современном мире нет отдельных энергетического, экологического, социального, демографического кризисов, а есть глобальный кризис мировой цивилизации, проявляющийся во многих 
ипостасях, в том числе и в состоянии окружающей среды. 

Прежде всего, в развитых странах осознали факт неразрывной связи проблем эффективного использования ресурсов и 
давления на окружающую среду. В литературе иногда имеет место 
подмена понятий: использование ресурсов обозначают экологической проблемой; хотя содержания этих терминов являются взаимосвязанными, они отнюдь не являются равнозначными. Мы уже упоминали в разделе 2 нашего курса лекций (№ 1500), что состояние 
окружающей среды является одним из основных ресурсов, что 
только подчеркивает всеобщую взаимосвязь основных параметров 
природы. Исходя из этих фундаментальных основ, мы полагаем 
оправданным использовать общее понятие «ресурсо-экологический 
подход». В соответствии с этим подходом любые решения в соци
7 

Экология металлургического производства Раздел 3 

ально-экономической сфере имеют 2 стороны собственно ресурсную и экологическую Выделение одного из ресурсов - состояния 
окружающей среды - в самостоятельную область лишь подчеркивает приоритетную роль этого фактора. Чем больше затребовано 
для проведения того или иного мероприятия энергетических, материальных и других ресурсов, тем выше уровень экспансии в отношении ненарушенных человеком территорий и, следовательно, 
серьезнее опасность для видового разнообразия, тем больше выбросов в атмосферу и водоемы, тем больше образуется различных 
производственных (и непроизводственных) отходов, иначе говоря, 
мощнее атакующее воздействие на окружающую среду. Отсюда 
неизбежно следует вывод о том, что основную роль в снижении 
давления на окружающую среду играет сокращение суммарного 
потребляемого расхода ресурсов. При этом для сокращения расхода ресурсов можно идти двумя путями. 

Первый путь, предлагаемый многими экологическими 
структурами, - прекращение экономического роста или экономический регресс (закрытие действующих производственных предприятий). На наш взгляд - это самое опасное для окружающей среды 
решение, т.к. нет более страшного врага у природы, чем нищета 
человечества. Не имея необходимого набора средств жизнеобеспечения, люди начинают относиться к природе хищнически (неумеренная охота и рыбная ловля, вырубка леса для обеспечения потребностей в энергоносителях, междоусобные столкновения из-за 
обладания ограниченными ресурсами и т.д). Добавим, что в этом 
случае под угрозой будет находиться основное право человека право на жизнь. 

~ Второй путь - совершенствование производственных 
технологий, использование лишь ресурсосберегающих решений, 
повышение качества продукции, переработка производственных 
отходов, подавление выбросов технологическими приемами. Этот 
путь обеспечивает минимизацию расхода ресурсов и давления на 
окружающую среду без снижения уровня жизни людей. 

Концепция «устойчивого развития», обсуждаемая в разделе 
1 нашего курса лекций (№1492), основана на признании неизбежности продвижения цивилизации по второму пути. 
Конкретизация концепции «устойчивого развития» для решения 
народно-хозяйственных проблем выразилась в разработке модели 
«устойчивого экологически безопасного промышленного развития «Ecologically sustainable industrial development» (ESID). 

Передовые зарубежные страны в период 1970-1990 гг. 

8 

Глава 1 Понятие «Экологически чистое производство» и его развитие 

ощупью шли к решению этой проблемы, а после Конференции в 
Рио-де-Жанейро полностью перестроили организацию своих действий в соответствии с концепцией «устойчивого развития». Целая 
группа стран второго эшелона (страны Юго-Восточной Азии, Латинской Америки, а в последнее время наши Соседи - государства 
Восточной Европы, в первую .очередь - Чехия и Польша) активно 
перестраивает свою законодательную базу. 

Программа ESID была разработана ЮНИДО - специализированной организацией ООН по промышленному развитию в 
1992 г. и утверждена резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН 
42/187. По определению ЮНИДО ESID - это модель индустриального развития, которая способствует большему экономическому и 
социальному процветанию человечества в настоящем без угрозы 
будущему последующих поколений. 

ESID - это промышленное развитие с целью удовлетворения потребностей человека и будущих поколений без 
нарушения основных природных процессов (устойчивости 
биосферы). 

Ключевые положения в этом определении: 

1. Удовлетворение потребностей человека и будущих поколений цель. 

2. Промышленное развитие - как средство достижения цели. 
3. Сохранение устойчивости экосистем - как ограничение. 

В 1992 г. многие проблемы устойчивости биосферы были 
не ясны. Поэтому критерии устойчивого экологически безопасного 
развития формулировались в общей форме: 

1. Поддержание устойчивости биосферы (экологические ограничения) сводилось к ограничению выбросов в окружающую среду. В конкретных действиях это направление в зависимости от конкретных условий сводилось к двум вариантам: 

а) Более свободный вариант. Установить и твердо придерживаться норм выбросов в окружающую среду. Эти нормы могут 
колебаться в зависимости от ряда условий Их трудно объективно 
установить Так, была сделана попытка создания альтернативной 
системы норм - допустимое количестве выбросов в расчете на 
единицу сырья или единицу продукции. В основе этого подхода лежит экономическая целесообразность, 

б) Жесткий вариант. Остановить рост общего количества 
выбросов в окружающую среду, а затем по возможности его снижать. Это может быть достигнуто путем замены ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии (солнечные батареи, 

9 

Экология металлургического производства. Раздел 3 

энергия ветра и т.д) и путем запрета использования ряда материалов и технологий (например, химических). 

Этот путь - очевидное свидетельство нынешней способности определять максимальные размеры выбросов, за которые, по 
существу, приняты реально имеющиеся. 

Отметим, что взгляды на количественные показатели устойчивости биосферы претерпевают значительные изменения. Они 
связаны с большим пониманием сложности иерархических факторов устойчивости биосферы, первоначальной роли видового разнообразия природы, роли лесов и воды и неочевидного ограничения показателей устойчивости лишь количеством выбросов в окружающую среду. 

2. Оптимизация использования ресурсов. Это прежде 
всего снижение энергопотребления, расхода материалов, выхода 
отходов и повышение степени их переработки. 

3. Принцип справедливости. Имеется в виду справедливое распределение «ноши и результатов» между передовыми и 
развивающимися странами, между разными регионами, различными социальными группами населения. 

В «Повестке дня XXI века» - документе Конференции ООН 
в Рио-де-Жанейро зафиксированы обязательства развитых стран 
довести к 200СУ г. долю своего валового национального продукта 
(ВНП), выделяемого на цели «устойчивого развития» до 0,7 %. Сегодня становится совершенно ясным, в решении проблем «бедности» развивающихся стран заинтересованность передовых государств - не меньшая. Вырубка (хищническая) Лесов в развивающихся странах даже в настоящее время наносит ущерб окружающей среде, сопоставимый с 23% общемировых выбросов С02. 
Следует иметь в виду, что развивающиеся страны имеют возможность перейти к ESID быстрее, чем к этому шли передовые страны 
(вместо 200... 300 лет 10... 20 лет). 

Принятие ESID означает начало эпохи «экологически чистого производства» или «экологически чистых технологий». Определения «чистое производство»,* «чистая технология» вызывают до 
сих пор определенное неприятие. Ранее, особенно в нашей стране, 
активно использовалось понятие «безотходное производство». Ниже мы покажем абсурдность определения «безотходный». Отрадно, что оно практически перестало активно использоваться. Некоторые аргументы можно использовать относительно понятия «чистое производство». Однако более, чем шестилетняя практика его 

10 

Глава 1 Понятие «Экологически чистое производство» и его развитие 

использования международными организациями оказалась действенной. и мы также будем пользоваться этим термином. 

Программа ЮНИДО определяет экологически чистое производство как «непрерывное использование совокупной превентивной стратегии защиты окружающей среды для процессов и 
изделий с целью снижения рисков для человека и окружающей 
среды» (1932 г.). Практика последних лет показывает, что приведенное определение постоянно уточняется и развивается. Деятельность в развитии экологически чистого производства (ЭЧП) 
укоренилась во многих странах. Это стало очевидным во время 
Конференции по ЭЧП в Оксфорде (сентябрь 1996 г.), имевшей целью проанализировать достижения и сформулировать задачи на 
будущее. В Конференции участвовали представители промышленных и научных кругов, Правительств, неправительственных организаций 40 стран, а также региональных и международных организаций. 

Конференция подтвердила определение ЭЧП и дала следующее его расширенное толкование: 

Применительно к производственным процессам ЭЧП 
означает сокращение материало- и энергозатрат, исключение из 
производственного процесса токсичных сырьевых материалов и 
уменьшение количества и уровня токсичности всех выбросов и отходов до их выхода из производственйого процесса. 

Применительно к продукции ЭЧП означает уменьшение 
негативного воздействия в течение всего жизненного цикле изделия (ЖЦИ)' начиная от добычи сырья для его производства и кончая удалением, когда продукция становится отходом. 

Применительно к сфере услуг ЭЧП означает соблюдение экологических норм при разработке и предоставлении услуг. 

Такая расшифровка ЭЧП, близкая современному представлению о нем, не случайна. Рост интереса к ЭЧП объясняется рядом 
факторов. 
1. Появление концепции ЭЧП в большей или меньшей степени 
совпало с этапом перехода от борьбы с загрязнениями, уже попавшими в окружающую среду, к мероприятиям по недопущению этих загрязнений на конечном этапе производственного 
цикла. Иначе говоря, начал с некоторым запозданием выходить 
на первый план, проверенный временем принцип «профилактика лучше, чем лечение». 

' ЖЦИ будет обсужден отдельно 

11 

Экология металлургического производства Раздел 3 

2. Стал более ясен всеохватывающий характер ЭЧП. Переход к 
оценке всего производственного цикла (ЖЦИ) стал реальностью. Борьба с загрязнениями на отдельных стадиях производственного процесса, что было характерно для 1970 . 1990 гг., 
оказалась неэффективной ЭЧП стало трактоваться как стратегия, а не как один из видов производственных технологий. Подход на основе ЭЧП охватывает все стадии производственного 
процесса. На начальном этапе такой подход позволяет изучить 
предназначение продукции и оценить материальные и энергозатраты. На конечном этапе можно определить последствия 
использования продукции и возможностей ее переработки как 
«отложенного отхода». По сути дела, концепция идет еще 
дальше, определяя, насколько необходима эта продукция или 
услуга и насколько обоснована структура потребления, вызывающая необходимость этой продукции. В связи с этим впервые возникает проблема «устойчивого потребления». 

3. ЭЧП означает непрерывное, постоянное и безграничное совершенствование, установление новых целей, новых оценочных критериев и стандартов. По мере развития технологий, углубления наших знаний в области проблемы «ресурсыэкономика-окружающая среда» происходит ужесточение критериев ЭЧП. Уже в настоящее время акцент обсуждения смещается в направлении экспериментальной деятельности в таких 
новых областях, ка* более точная оценка ЖЦИ, экодизайн, глобальная и региональная оценка экологичности производственных процессов. Практически во всех промышленно развитых 
странах созданы неправительственные Центры чистых технологий.