Текст книги "Утилизация отходов агропромышленного комплекса"

3 Малоотходность и безотходность производства на предприятиях АПК

3.1 Основные понятия в области малоотходных (МОТ), безотходных (БОТ) и чистых технологий

Современный уровень развития пищевой и перерабатывающей промышленности АПК страны и состояние сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к проблеме использования ресурсов. Сущность этого подхода состоит в создании и внедрении мало– и безотходных технологий, позволяющих максимально и комплексно извлекать все ценные компоненты сырья, превращая их в полезные продукты, а также исключать или уменьшать ущерб, наносимый окружающей среде в результате выбросов отходов производства в воздух, воду и почву. Концепция безотходной технологии сформировалась в связи с необходимостью охраны окружающей среды от антропогенного воздействия материального производства. В решении этой проблемы наряду с внедрением средств очистки твердых отходов, сточных вод и газовых выбросов большое значение приобрело совершенствование существующих и создание новых экологически чистых производств. Это направление получило название безотходной технологии.

В настоящее время переход на мало– и безотходные циклы производства рассматривается как одно из фундаментальных направлений в решении вопросов рационального использования природно-сырьевых ресурсов и охраны окружающей среды. Перестройка традиционных технологических процессов с целью комплексного использования сырья, создания МОТ и БОТ обусловлена требованием повышения эффективности пищевой и перерабатывающей промышленности АПК и максимального удовлетворения потребностей общества в отечественных продуктах. При этом производство должно обеспечивать выпуск продукции высокого качества, быть ресурсосберегающим и экологически безопасным.

Проблема перевода процессов переработки сельскохозяйственного сырья на безотходный цикл производства имеет два взаимосвязанных аспекта – экономический и экологический. Первый аспект связан с расширением ресурсных возможностей за счет более глубокой, комплексной переработки сельскохозяйственного сырья и вовлечения неиспользованных отходов в качестве источника для получения продуктов питания, кормов и удобрений. В пищевой промышленности при производстве основной (целевой) продукции образуется значительное количество отходов и побочных продуктов, которые содержат сотни тысяч тонн сахара, белка, масла, витаминов и других ценных веществ, производство которых осуществляется на специализированных предприятиях. Наукой доказано и практикой подтверждено, что при комплексном использовании сырья можно высокоэффективно использовать практически все отходы и побочные продукты пищевой промышленности.

Другой аспект проблемы связан с учетом экологических факторов. Развитие перерабатывающих отраслей промышленности сопровождается непрерывным ростом воздействия производства на окружающую среду. Антропогенные нагрузки на биосферу должны иметь разумные пределы, превышение которых ведет к нарушению равновесия в природе и к дисбалансу в экологических системах. Поэтому в настоящее время особое значение приобретает оценка воздействия технологий агропромышленного производства на окружающую среду. И здесь основной путь решения проблемы видится в развитии безотходных производств.

Существует несколько трактовок самого понятия безотходного производства. Первая характеристика определяет безотходное производство как совокупность технологических операций, процессов и производств, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и отходов с одновременным существенным уменьшением или исключением их вредного воздействия на окружающую среду. Вторая характеристика определяет безотходное производство как способ организации и функционирования производств, региональных промышленных объединений и территориально-производственных комплексов, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы – производство – вторичные сырьевые ресурсы», – таким образом, что любое воздействие на окружающую среду не нарушает ее нормального функционирования. При этом основными функциями безотходного производства являются следующие: обеспечение комплексной переработки сырья; не столько отсутствие отходов вообще, сколько их рациональное использование в этом производстве либо в качестве сырья в другом технологическом процессе; совокупность мероприятий и процессов по нейтрализации и недопущению негативного воздействия на окружающую среду.

Основой безотходных производств является комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов, поскольку отходы производства – это по тем или иным причинам неиспользованная или недоиспользованная часть сырья. Малоотходная технология является промежуточной стадией при создании безотходного производства. При малоотходном производстве вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарными органами, но по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов при таком производстве переходит в отходы. Таким образом, МОТ и БОТ должны обеспечить:

– снижение общей антропогенной нагрузки на окружающую среду – воздух, воду, землю;

– комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов на базе создания принципиально новых экологически чистых технологических процессов;

– переработку отходов с получением товарной продукции или любое другое полезное их использование без нарушения экологического равновесия;

– использование замкнутых систем промышленного водоснабжения;

– создание безотходных (малоотходных) территориальнопроизводственных комплексов и экономических регионов на базе использования отходов одних отраслей промышленности в качестве сырья для других.

Предложены еще несколько терминов и определений в области МОТ и БОТ:

– рациональная технология – технология, направленная на создание общественно значимого продукта с комплексом оптимизированных параметров (ресурсных, экономических, экологических и др.) при заданных ограничениях (например, требований защиты окружающей среды при минимуме затрат). Рациональная технология малоотходна;

– технология с повышенным (сверхнормативным) уровнем образования отходов – такая организация технологического процесса производства продукции, при которой из-за несовершенства технологии и технического уровня оборудования могут иметь место выбросы в окружающую среду, нарушающие экологическое равновесие [20].

Одно из названий стратегии, направленной на предотвращение загрязнения, минимизацию отходов, использование малоотходных и безотходных технологий, – чистые технологии. Следующее определение обобщает задачи и принципы, связанные с чистыми технологиями.

Чистое производство – означает постоянное применение комплексной превентивной природоохранной стратегии применительно к процессам, продукции и услугам с целью увеличения экологической эффективности и снижения риска для людей и окружающей среды.

При рассмотрении производственных процессов понятие «чистое производство» включает сбережение сырья, отказ от использования токсичного сырья и уменьшение количества и токсичности всех выбросов (сбросов) и отходов.

При рассмотрении продукции термин «чистое производство» предполагает уменьшение отрицательных воздействий в течение жизненного цикла каждого продукта, начиная с этапа добычи сырья до его окончательной утилизации.

При рассмотрении услуг определение «чистое производство» имеет в виду учет экологического фактора при разработке и предоставлении услуг.

Концепция чистых технологий, которая основывается прежде всего на критериях качества окружающей среды, дополняется также следующими требованиями, связанными с повышением экономической активности:

– снижение эксплуатационных затрат путем использования меньшего объема сырья и энергосбережения;

– экономия на стоимости оборудования для контроля загрязнения и мониторинга;

– снижение затрат по транспортировке, хранению, обезвреживанию и размещению отходов;

– улучшение здоровья производственного персонала и населения за счет уменьшения воздействия опасных отходов и химических веществ;

– сокращение затрат, связанных с соблюдением норм размещения отходов;

– позитивная реакция общества на предпринимаемые шаги по решению проблем загрязнения;

– получение доходов от вторичного использования и продажи переработанных отходов;

– снижение экологической ответственности и соответствующее уменьшение расходов за счет безотходных технологий [20].

Технические средства для минимизации отходов отличаются по сложности, эффективности и затратам на их реализацию. Элементарное усовершенствование методов ведения хозяйства, с точки зрения контроля потерь используемых материалов, исключения любых утечек в системе и их предотвращения является весьма эффективным и недорогим в реализации средством. Другие меры, такие, как переход на новейшие сберегающие технологии, могут потребовать больших затрат как в денежном выражении, так и по времени, а также проведения подробного технико-экономического анализа для определения их экономической эффективности. В то же время подобные меры могут оказаться достаточно быстро окупаемыми, что повышает их совокупную рентабельность. В общем случае меры по сокращению отходов у источника их образования могут включать:

– изменение стиля работы предприятия и отдельных производств в направлении рационализации хозяйствования и повышения уровня подготовленности персонала к деятельности по сокращению образования отходов;

– переход на нетоксичные материалы (где это возможно) в производственном процессе;

– переработку и вторичное использование сырья и материалов для избегания образования отходов;

– модернизацию оборудования с целью повышения его эффективности;

– модификацию конечного продукта с целью исключения из производства тех процессов, в результате которых образуются отходы [20].

3.2 Классификация ВСР и отходов АПК

Классификация отходов позволяет образовать систему, все части которой неразрывно связаны между собой. Комплексный характер классификации отходов позволяет определить качественные и экономические различия для разработки методов их рационального использования [21].

Пищевая и перерабатывающая промышленность, производящая широкий спектр продовольственных товаров, использует в качестве сырья для них растительную продукцию сельского хозяйства, получаемую непосредственно с полей (сахарную свеклу, масличные семена, кукурузу, картофель, виноград, овощи, фрукты, чайный и табачный лист) или продукцию после соответствующего хранения и первичной переработки растительного сырья (зерно, муку, сахар, растительные жиры, ферментированный табак, сухой хмель), а также продукцию животноводства (мясо, молоко, животные жиры, яйца, меланж) [22].

Одним из основных признаков классификации отходов является отраслевая принадлежность, или их происхождение. По этому признаку следует различать отходы сахарной, масложировой, спиртовой, крахмалопаточной, пивоваренной, чайной, табачной, зерноперерабатывающей, плодоовощной, пищеконцентратной, хлебопекарной, молочной и мясной промышленности, производства пищевых кислот [22].

Цель этой классификации заключается в выявлении номенклатуры ВСР и отходов и определении путей их рационального использования. Актуальность ее в период перехода к рыночной экономике возросла, так как отсутствуют строгий учет и контроль за отходами, что приводит к тому, что в отчетной документации предприятия даже не упоминают о целом ряде видов отходов и вторичного сырья.

ВСР и отходы можно классифицировать также по следующим признакам:

а) по источникам образования выделяют растительные отходы – свекловичный жом, жмых (шрот), зернокартофельная барда, виноградные выжимки; минеральные – отходы соляной промышленности; химические – отходы производства синтетических моющих средств, парфюмернокосметической отрасли; животные – кровь, кость, сыворотка, обезжиренное молоко, пахта;

б) по агрегатному состоянию выделяют твердые отходы – подсолнечная лузга, хлопковая шелуха, солодовые ростки, кукурузный зародыш, виноградные и плодоовощные семена, кость, жиросырье, шерсть, щетина; пастообразные – фильтрационный осадок, меласса, шламы сепараторов; жидкие – соапсток, мелассная барда, клеточный сок картофеля, дрожжевые осадки, кровь, сыворотка, обезжиренное молоко, пахта; газообразные – углекислота брожения;

в) по технологическим стадиям получения: получаемые при первичной переработке сырья – свекловичный жом, плодовые косточки, яблочные и виноградные выжимки, кровь, кость, шерсть, обезжиренное молоко; получаемые на стадии вторичной переработки продукции – рафинадная патока, фосфатидные концентраты, отбельные глины, последрожжевая мелассная барда, молочная сыворотка; получаемые при промышленной переработке отходов – косточковая крошка, отходы производства пищевых концентратов, фильтрат цитрата кальция;

г) по возможности повторного использования без доработки – крошка, брак, лом хлеба, хлебобулочных, мучных, кондитерских, макаронных изделий;

д) по материалоемкости: многотоннажные (условно свыше 100 тыс. т в год) – свекловичный жом; дефекат, шроты (жмых), картофельная и кукурузная мезга; кровь, коллагенсодержащее сырье, сыворотка, пахта, обезжиренное молоко и т.д.; малотоннажные (условно до 100 тыс. т в год) – гудрон, остаточные пивные дрожжи, табачные отходы;

е) по степени использования: полностью используемые – меласса, свекловичный жом, кровь, кость, сыворотка, обезжиренное молоко, пахта; частично используемые – дефекат, углекислый .газ, картофельный сок; неиспользуемые – отбельные глины, хмелевая дробина;

ж) по направлениям последующего использования (варианты последующего использования отходов в качестве ВСР рассмотрены в главах 4 – 7);

з) по степени воздействия на окружающую среду: опасные и безопасные [20].

Опасные отходы – отходы, которые содержат вредные вещества, обладающие опасными свойствами (токсичностью, взрыво-опасностью, высокой реакционной способностью) или содержащие возбудителей инфекционных болезней, а также те, которые могут представлять непосредственную или потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья человека самостоятельно или при вступлении в контакт с другими веществами. К опасным относятся токсичные отходы, которые различаются по классам опасности [23].

Класс опасности – это характеристика относительной экологической опасности отхода, выраженная в виде натурального числа, которому соответствуют определенные значения индекса опасности отхода. Индекс опасности – интегральный показатель, характеризующий опасность отхода при воздействии его на окружающую среду. Существуют 4 класса опасности: I класс – чрезвычайно опасные, II класс – высокоопасные, III класс – умеренно опасные и IV класс – малоопасные. Образование и движение этих отходов подлежат статистическому учету (форма № 2ТП). В соответствии с порядком и критериями определения класса опасности отходов производства и потребления, оценке по экологической безопасности подлежат все отходы, за исключением радиоактивных, взрыво– и пожароопасных отходов, а также отходов, способных вызвать распространение инфекционных заболеваний (таких как пищевые отходы, отходы медицинских учреждений) [23].

При этом к опасным отходам можно отнести отходы, которые сами по себе, не являясь токсичными, попадая в окружающую среду, вступают с ней во взаимодействие, что приводит к экологически неблагоприятным воздействиям. Это – зерновая пыль, которая при хранении взрывается, пыль кормовых дрожжей, вызывающая заболевания микробиологического характера у человека при попадании в дыхательные пути; диоксид углерода, образующийся при брожении, изменяет состав атмосферного воздуха. К ним в пищевой и перерабатывающей промышленности АПК также относятся гудрон (кубовый остаток), сивушное масло, эфироальдегидная фракция, табачная пыль.

Безопасные (или практически неопасные) отходы – свекловичный жом, меласса, жмыхи и шроты, фосфатидные концентраты, зернокартофельная барда [23].

Вышеприведенная классификация в достаточной степени условна. Полный учет всех признаков возможен лишь при конкретном рассмотрении каждого вида отхода. Но она представляет собой важный этап для разработки рациональных и эффективных путей использования отходов с целью увеличения резервов продуктов питания и кормов.

В целях совершенствования комплексного использования сырья целесообразно сочетать основные принципы классификации отходов. Научно обоснованная классификация отходов пищевой промышленности способствует более точному составлению их технологической, экономической и экологической характеристик, паспортизации и призвана совершенствовать существующую систему учета образования и использования, а также повысить эффективность использования отходов[24,25].

3.3 Основные направления создания малоотходных и безотходных технологий и вовлечения в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов

В перерабатывающих отраслях промышленности АПК России основными направлениями в создании МОТ и БОТ являются:

– разработка прогрессивных технологических процессов получения новых видов пищевых продуктов и добавок, улучшающих пищевую и биологическую ценность продуктов, замена традиционных видов первичного сырья вторичным;

– разработка и совершенствование технологий по производству полноценных, обогащенных полезными компонентами, стойких при хранении кормов для сельскохозяйственных животных на основе ВСР;

– разработка новых технологических процессов производства из ВСР продукции технического назначения или подработанного сырья для ее производства;

– разработка технических средств и процессов, обеспечивающих сокращение выбросов и переведение их в экологически чистые формы, уменьшение расхода свежей воды и увеличение количества оборотной, уменьшение загрязненности сточных вод, извлечение из них и концентрация с помощью современных методов продуктов очистки и использование их для получения товарной продукции.

При этом в первых двух направлениях значительный удельный вес занимают работы по увеличению ресурсов белка как за счет освоения новых технологий, так и за счет выявления среди отходов пищевой промышленности новых источников белка.

Обзор литературы по данному вопросу показал, что в области создания экологически чистых МОТ и БОТ в отдельных отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности России накоплен опыт по комплексной переработке сырья [20, 22].

Так, в мясной промышленности перспективными направлениями использования вторичного сырья являются:

– переработка субпродуктов II категории в пасты и эмульсии для последующей выработки пищевых продуктов (ливерных колбас, студней, низкосортных мясных изделий);

– увеличение выработки пищевой, лечебно-профилактической, технической и кормовой продукции из крови;

– механическая дообвалка с использованием костного остатка для получения пищевого жира, сухих пищевых бульонов и кормовой муки;

– переработка кости на пищевые жиры и кормовую муку на отечественных линиях;

– дополнительное получение пищевого жира из жира-сырца;

– переработка непищевых отходов для получения кормовых продуктов.

В молочной промышленности к приоритетным направлениям использования ВСР относятся:

– увеличение использования молочной сыворотки, обезжиренного молока и других вторичных ресурсов (ВР) для выпуска пищевой продукции;

– увеличение производства и расширение ассортимента молочной продукции с применением ВР, в том числе с пониженным содержанием жира, обогащенной сывороточными белками;

– создание производственных мощностей по переработке ВР;

– расширение объемов сушки ВР, а также разработка и внедрение новых современных энергосберегающих методов их концентрации (обратный осмос, мембранная технология);

– увеличение производства заменителей цельного молока (ЗЦМ), казеина, молочного сахара и других продуктов, стойких при хранении и удобных для транспортировки.

При создании техники и технологий по указанным направлениям особое внимание необходимо уделить разработке оборудования, позволяющего полностью использовать все компоненты молока, осуществить полную переработку отходов основного производства, выработку из ВСР пищевых, кормовых и технических продуктов и полуфабрикатов. Критерием полноты использования сырья при этом должны стать показатели состава сточных вод, а также выбросов в атмосферу и почву, поступающих от предприятий в окружающую среду.

В свеклосахарном производстве можно выделить следующие основные направления создания малоотходных технологических процессов:

– реализация интенсивных методов отжима свежего жома («глубокий отжим» жома);

– разработка способов интенсификации процесса сушки жома, в основном более экономичных методов сушки путем создания сушилок с низким удельным расходом тепла, с использованием тепловой энергии низкопотенциальных теплоносителей (утфельных паров из последнего корпуса выпарной установки, конденсатов, отходящих газов ТЭЦ, отработанных газов высокотемпературных барабанных жомосушильных установок);

– получение из сушеного жома пищевых добавок и продуктов, в первую очередь пектина, клетчатки и других веществ;

– разработка способа получения сухой мелассы для введения ее в качестве компонента в комбикорма для крупного рогатого скота;

– разработка технологических процессов, обеспечивающих дополнительное извлечение сахара из мелассы путем деминерализации с применением ионообменных смол, хроматографии и пр., а также использование мелассы в качестве сырья для получения фруктозы, рафинозы, лизина и других продуктов;

– разработка и внедрение рациональных способов использования фильтрационного осадка (дефеката), в том числе ресурсосберегающей технологии для обжига мелкофракционного известняка, технологии для выработки из дефеката кормового белка и минерального порошка;

– создание новых экологически чистых рациональных схем водоиспользования с оборотными системами и технических средств, обеспечивающих сокращение расхода свежей воды и стоков.

В масложировой промышленности наиболее перспективными являются следующие направления:

– безотходная технология производства высококонцентрированных растительных белков на основе сои для использования в продуктах массового, детского, диетического, лечебно-профилактического питания;

– внедрение комплекса мер для сокращения водопотребления, очистки бензожиросодержащих стоков с применением прогрессивных методов, в частности мембранных;

– технология рафинации масел по схеме: паровая гидратация – нейтрализация в мыльно-щелочной среде – фильтрация с целью более полного извлечения и рационального использования фосфатидов, соапстоков и получения из них товарной продукции;

– разработка и внедрение новых процессов и оборудования (котлоагрегатов), обеспечивающих производство технологическим паром за счет сжигания лузги.

В крахмалопаточной промышленности продолжается совершенствование безотходной технологии производства картофельного крахмала с сокращением технологического цикла, уменьшением расхода свежей воды, получением, из вторичного сырья (мезги и картофельного сока) набора белковых и других продуктов кормового и пищевого назначения, разработана комплексная технология получения крахмала и различных картофелепродуктов.

Кукурузокрахмальное производство практически безотходное. Однако не решен до конца вопрос использования кукурузного глютена. В НПО по крахмалопродуктам осуществляется разработка технологической схемы получения сухого глютена, по своим характеристикам близкой к зарубежным.

Проблема создания безотходных технологий в спиртовой отрасли связана с необходимостью рационального использования послеспиртовой и последрожжевой барды, утилизации СОу очистки сточных вод спиртовых заводов и др. Разрабатываемые технологии направлены на сушку барды до концентрированных и сухих белково-углеводных кормопродуктов. Более рациональным является получение на основе биотехнологии так называемого белкового кормового продукта (БКП), содержащего 43 – 66 % протеина (в пересчете на сухое вещество).

Одним из перспективных направлений использования послеспиртовой зерновой барды является получение сухих кормовых дрожжей, выращиваемых на цельной барде. Эта технология более чем в 2 раза производительнее традиционных и практически безотходна.

В настоящее время осуществляется разработка способов биологической утилизации концентрированных сточных вод до их сброса в общий поток предприятия.

В пивоваренной промышленности приоритетными направлениями можно считать следующие:

– комплексную переработку ВСР на кормовые и другие продукты;

– разработку биотехнологического метода переработки осадочных пивных дрожжей с получением автолизатов и гидролизатов;

– внедрение повторного использования белковых отстоев и хмелевой дробины при изготовлении пивного сусла;

– разработку и усовершенствование технологических процессов с получением продуктов пищевого назначения.

В табачной промышленности перспективными являются:

– технология переработки несортового табака и промышленных отходов;

– технология утилизации табачной пыли;

– технология переработки табака и ВР отрасли с получением нетрадиционной продукции медико-биологического и технического назначения;

– технология производства из ВСР ароматизаторов и пищевых красителей [20, 22].

Основными направлениями в решении проблемы очистки сточных вод предприятий всех отраслей являются:

– обезвреживание отходов;

– переход на замкнутые (бессточные) системы водопользования;

– повышение производительности существующих очистных сооружений за счет применения коагулянтов;

– применение кислорода вместо воздуха при биологической очистке сточных вод;

– создание техники и технологии переработки активного ила в удобрения;

– развитие низкоэнергоемкой естественной очистки сточных вод;

– использование сточных вод для орошения;

– применение методов очистки с получением топливного газа (метана);

– разработка и мониторинг экономических показателей и нормативов[20, 22].

Основная стратегия в решении вопросов охраны окружающей среды на данном этапе развития научно-технического прогресса состоит в ориентации технологий производства продукции пищевой и перерабатывающей промышленности на совершенствование в направлении безотходности.