ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ (ЭКОЛОГИЧНОСТИ) ТЕХНОЛОГИЙ И ПРОИЗВОДСТВ

Можно привести пример оценок экологизации производств для энергетики с учетом коэффициентов полезного действия для тепловых станций. Оценка экологизации проводится на основе коэффициента вредного действия (КВД), который рассчитывается как отношение ущерба к эффекту. Под эффектом чаще понимается чистая прибыль, получаемая в результате деятельности производства или отдельного звена. Тогда «чистый» КПДч будет оцениваться как разница «грязного» КПД_г и его корректировки на основе КВД (коэффициента временного воздействия):

Отличие КПД от КВД состоит в том, что первый всегда меньше единицы. При значении КВД больше единицы затраты на производство приносят больше вреда, чем пользы. Использование «чистого КПД» может существенно скорректировать многие оценки полезности производства. Например, в теплоэнергетике КПД определяется отношением выхода продукции (тепла, энергии, механической работы) к расходу топлива с абсолютным игнорированием природоемкости. Например, для самых современных ТЭС КПД_г 38-40% считается очень высоким. Однако если учесть ущербы из-за вредных выбросов в атмосферу, почву, теплового излучения водоемов, от загрязнения среды при добыче и транспортировке углей, рекультивационные затраты на восстановление сред, расход кислорода, чистой воды, занимаемой земли шламоотвалами, создаваемый парниковый эффект, КПД (как и показатели рентабельности) существенно уменьшится, а стоимость электроэнергии, горячей воды и пара существенно возрастет.

Это позволяет однозначно относить технологии предприятия или отрасли категориям от «чистых» до «грязных» в экологическом отношении.

Зная величину экономического ущерба, нанесенного компонентам окружаю щей среды, легко оценить размеры компенсации (в %) природным ресурсам, соотнося эти величины с природоохранными платежами и платой за природный ресурс. Отметим, что экономический ущерб возрастает пропорционально увеличению массы (объема) поступающих в окружающую среду загрязнителей и зависит от степени их токсичности.

Дополнительными показателями экологичности производственных процессов могут явиться давно применяемые на практике коэффициент замкнутости (К_з) и коэффициент оборота (К_о) природных ресурсов. Первый из них определяется по формуле:

где Мi и М_сi - массы i-го вида готовой продукции и сырья, используемые в технологическом процессе соответственно. Если К3 = 0,9-1 процесс считается безотходным, при К_з = 0,5-0,9 - малоотходным, при К_з = 0,5 - открытым.

Соответственно:

где М_о и М_с - массы сырья, находящегося в обороте и забираемого из природных комплексов соответственно. Коэффициент оборота должен стремиться к его возможному максимуму.

Экологичность технологических процессов также оценивается по величине коэффициента чистоты (К_ч):

где М_выб, М_сток, М_отх - массы выбросов, стоков, отходов; М_{изв 1}, М_{изв 2}, М_{изв 3} - массы веществ, извлеченных из выбросов, стоков, отходов. Значение коэффициента чистоты в идеале должно стремиться к единице. При К_ч = 0,9-1 процесс считается чистым, при К_ч = 0,5-0,9 - получистым, при К_ч = 0,5- грязным. Чистота процессов обеспечивается созданием эффективных водо- и газоочистных устройств (локальных и общезаводских).

Важное место при оценке экологичности предприятий занимает определение степени опасности производств для воздушного бассейна по методике Комитета по гидрометеорологии и мониторингу. Категория опасности производства (КОП) определяется по формуле:

где М_i - масса выброса i-го вещества (т/г); ПДК_i - предельно допустимая концентрация i-го вещества (мг/м3), n - количество загрязняющих веществ в выбросах, а_i - безразмерный коэффициент, позволяющий соотнести степень вредности вещества с таковой по сернистому газу. Значение коэффициента а_i зависит от класса опасности вредных веществ и принимается равным: для веществ первого класс опасности 1,7; второго класса - 1,3; третьего - 1; четвертого класса - 0,9.

Если КОП> 10⁶, предприятие относится к первой категории опасности, при КОП=10⁴ – 10⁶ - ко второй, при КОП = 10³ – 10⁴ - к третьей, если КОП <10³ – к четвертой категории опасности. Предприятия, отнесенные к третьей и четвертой категориям опасности, пользуются экологическими льготами со стороны органов охраны природы, а также по объему отчетности.

Как указывалось ранее, минимизация образования отходов является одним из основных факторов экологизации производств. Кроме оценки количества отходов, образующихся при том или ином производственном процессе, важнейшим показателем является их токсичность и опасность для окружающей среды. С учетом этого приводится методика экономического совершенствования химических процессов и удельного образования отходов с помощью критерия экологичности (К_эк):

где m_i^ж, m_i^г , m_i^т - количество i-го токсичного компонента в жидких, газообразных и твердых отходах соответственно, т/т продукта; с_i^ж, с_i^г , с_i^т - концентрация i-го компонента в жидких, твердых (мг/дм3) и газообразных (мг/м3) отходах соответственно; ПДК_i^ж - предельно допустимая концентрация i-го компонента в воде водоемов рыбохозяйственного назначения, мг/дм3; ПДК_i^г - в воздухе населенных мест, мг/м3, ПДК_i^т - то же, в твердых отходах

При расчете масс токсичных компонентов в жидких отходах используют следующую формулу:

где Q - количество жидких отходов, м3/ч; n - число рабочих дней в году; Р - выпуск продукции, т/год.

Для газообразных выбросов для каждого источника количество i-го токсичного элемента рассчитывается по формуле:

где с_ij - концентрация i-го компонента в j-м источнике, мг/м3, v_j - объем выбросов в j-м источнике, м3/ч.

С учетом рабочего времени количество i-го компонента в газообразных отходах рассчитывается по уравнению:

где v_j - общий объем вредных выбросов, м3/ч.

Количество i-го токсичного вещества в твердых отходах определяется по формуле:

где Т-— количество твердых отходов, т/год; r_i - содержание i-го токсичного элемента в твердых отходах, %; Р - выпуск продукции, т/год.

Чем меньше величина критерия, тем более экологичен технологический процесс или производство. Для идеальной безотходной технологии данный критерий должен быть равен нулю.

Существуют и другие разновидности оценки экологичности предприятий, например по показателям общего и удельного природопользования и загрязнения природных комплексов выбросами, стоками, отходами, физическими излучениями. В настоящее время вводится большое число принципиально новых понятий, позволяющих проводить детальные оценки количественных нагрузок техногенеза на окружающую среду.

Эмиссия веществ-загрязнителей (ВЗ) реализуется в виде техногенных потоков (вещественных и энергетических) от источников до объектов воздействия. Использование этого понятия позволяет упростить формализацию и анализ процессов взаимодействия техносферных и биосферных образований для подготовки принятия решения в системах управления качеством окружающей среды. Такие решения должны быть ориентированы на предупреждение, снятие или минимизацию опасности техногенных воздействий.

К основным характеристикам техногенного воздействия можно отнести: мощность генерации техногенных потоков ВЗ от техногенных источников и дозу поражения объектов воздействия. Имея достаточную информацию об этих характеристиках, можно проводить оценки экологической опасности (безопасности) технологий, предприятий, производств и различных видов хозяйственной деятельности по уровням их воздействия на окружающую среду и здоровье человека. Сложность оценок техногенного воздействия заключается в недостаточной изученности промежуточных и результирующих эффектов комплексного воздействия сочетаний различных ВЗ техногенного происхождения (эффект суммации), продуктов из взаимодействия как между собой, так и с веществами, которые имеют место в процессах функционирования объектов поражения. В большинстве случаев оценки эффектов воздействия проводятся для конкретных ВЗ по принципу учета их прямого воздействия и накопления. Исследования последних лет позволили установить ранее неизвестные эффекты поражения живых организмов в результате вторичных превращений ВЗ с образованием новых веществ, которые отсутствовали в первичном техногенном потоке.

Такое развитие исследований перспективно и, безусловно, имеет важное значение для научного обоснования методов управления хозяйственной деятельностью по критериям экологической безопасности. Изучение процессов миграции и трансформации вредных веществ в трофических цепях (ландшафтах), их аккумуляции в пищевых средах с целью раскрытия механизмов резистентности или деградации различных экосистем постоянно дает дополнительную информацию для уточнения уровней опасности конкретных техногенных загрязнителей. Представляемый метод (или, лучше, подход к рассматриваемой проблеме) получил название экометрия и ориентирован на решение следующих взаимосвязанных задач:

• определение обобщенных количественных характеристик процесса генерации ВЗ от источников, различных по мощности, природе и пространственной ориентации;

• определение качественных характеристик техногенных потоков в виде их спектральных отображений по уровням опасности транспортируемых ВЗ;

• сравнительная оценка мощностей генерации ВЗ, а также доз поражения компонентов окружающей среды и биоты от источников различного происхождения, включая источники вторичного воздействия;

• оценка изменения уровней техногенной опасности ВЗ в процессе их превращения в технических системах экологической безопасности (очистка, нейтрализация, рециркуляция), в компонентах окружающей среды (взаимные превращения, рассеивание, аккумуляция, ассимиляция и т.д.);

• разработка обобщенных техногенных спектров и техногенных чисел для различных источников эмиссии ВЗ применительно к отраслям народного хозяйства с целью оценки экологической безопасности технологий и производств;

• разработка карт уровней техногенной опасности различных видов хозяйственной деятельности в зависимости от мощностей генерации ВЗ источников, распределенных по территории потенциального техногенного воздействия;

• разработка карт уровней «дотехногенного поражения» конкретных объектов, расположенных на территориях потенциального и фактического действия;

• сравнительная оценка мощностей генерации и эмиссии ВЗ от источников, распределенных по территориям административных границ;

• разработка экономических балансов ущербов окружающей среде на территории субъектов в результате трансграничных переносов вредных и опасных веществ;

• обоснование заключений о масштабах ущерба и принятия решений для предъявления санкций по компенсации потерь от негативных воздействий.

Приведенный перечень решаемых задач претендует на универсальность методологического подхода, однако на практике ряд проблем, например связанных с трансформацией ВЗ в компонентах экосистем, более оправданно решать с помощью других методов. Предлагаемый экометрический подход в большей степени пригоден для оценок потенциальной опасности объемов выбросов ВЗ после «трубы», но не для оценок во взаимодействии с биотой или другими элементами экосистем.

Однако предлагаемый многомерный подход может достаточно широко использоваться при оценках экологичности как отдельных предприятий, так и отраслей. В частности, такие количественные показатели, как техногенная масса, активная техногенная масса, пассивная техногенная масса производственных выбросов, индивидуальный и обобщенный индексы техногенного воздействия, техногенные числа, эквивалентный уровень опасности эффекта воздействия ВЗ, техогенная концентрация, потенциал техногенной опасности источника техногенного воздействия, контаминационная экспозиция и градиенты, а также другие, представляют практический интерес.

Следующей задачей оценки показателей эффективности (экологичности) технологий или производств является эколого-экономическая оценка прогнозируемых технологических процессов при проведении ОВОС или на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО). В обобщенном виде возможные индикаторы природопользования сводятся к следующим трем взаимосвязанным параметрам.

1. Показатель экологичности процесса (L) величина вредных воздействия на окружающую среду в расчете на единицу полезной продукции или услуги получаемой на основе данного процесса:

Эта величина отражает ущербоемкость, если рассчитывается только на основе экономического ущерба» и экологоемкость, если рассчитывается с применением всех видов экономических ущербов от загрязнения окружающей природной среды (материальным объектам, здоровью, жизни населения, природно-ресурсной системе и соответствующим отраслям хозяйства).

2. Показатель ресурсоемкости процесса (n) - расход энергии, воды, воздуха, земельных и иных природных ресурсов (R_н) в расчете на единицу полезной продукции или услуги, получаемой с помощью данного процесса:

Коэффициент экологичности объекта (ε_n) как отношение чистого полезного эффекта (Q_н – R_н) к израсходованным природным ресурсам (R_н):

Индекс ф указывает на то, что показатель используется в натуральном измерении. В практических расчетах параметры экоэффективности определяют в единицах массы или энергии. При таком подходе должен соблюдаться баланс веществ (энергии) по рассматриваемому объекту или технологии:

где Л — неточность расчетов технологических потерь или отходы производства. Коэффициент при таком материально-энергетическом подходе оценке пара- 1чiетров экоэффективности характеризует степень замкнутости объекта или техно150

логии по отношению к окружающей среде. Графически взаимосвязь коэффициента , с параметром Ы = — Р (чистая прибыль) может быть выражена с помощьк уравнения гиперболы В

1+2Р

где изменяется от Р до бесконечности.

График зависимости приведен на рис. 5.1.

Коэффициент может изменяться от —1,0 до +1,0. В первом случае происхо- дит разрушение природно-ресурсного потенциала без получения полезного зфф екта, при ет-, = + 1 полностью отсутствует неутилизированный остаток и производство считается 100% (<замкнутым». Однако возможности рециклинга отход ограничиваются действием второго закона термодинамики (возрастанием пии) — в ходе преобразования вещества и сил природы часть энергии (вещества) безвозвратно утрачивается, приобретая недоступные для применения формы и рассеиваясь. Таким образом, теоретически доказывается, что достичь значение

= 1 на практике невозможно.

Отрицательное значение 8 при Р указывает на то, что менее половины природного потенциала превращается в полезный продукт; положительное обратное соотношение, когда более половины природного потенциала превращается в полезный продукт

Рис. 5.1. Индекс экологичности объекта, по [25, 28]

Имеющиеся расчеты свидетельствуют, что современные технологии перера- ботки сырья еще далеки от совершенства. Большая часть вещества, поступающего на вход производства, превращается не в полезный продукт, а во вредные для окружающей среде вещества — отходы производства.

С целью совершенствования экологизации производств необходимы разработ- ка соответствующих нормативов предельно допустимых воздействий на окружающую среду, создаваемых в рамках стандартов системы управления качеством окружающей среды и экологического менеджмента (серия стандартов ИСО 14 . 000), а также жестких нормативов расхода природных (материальных) ресурсов при изготовлении различных видов продукции и услуг.

Последнее возможно на основе оценки относительной ценности природных ресурсов для построения агрегированных (интегральных) показателей ресурсоемкости с использованием денежной оценки соответствующих ресурсов либо

экономической ценности с приданием «веса» методами экспертных оценок.

Агрегированный коэффициент экологичности апа рассматриваемого объекта может быть рассчитан аналогично дезагрегированному по формуле

где Еа — агрегированный показатель экологоемкости (желательно рассчитывать по максимальным видам воздействия); Па — интегральный показатель ресурсоемкости (потребление воды, воздуха, почв, энергии и других видов ресурсов).

данный коэффициент, в отличие от коэффициента экологичности в материально-энергетическом исчислении, не подчиняется условию + Р К. для развивающейся эколого-экономической системы естественным будет i -

> К, т.е. ценность полученной продукции должна быть выше ценности израсходованных природных ресурсов. Если при этом — Р > К, то ценность полученной продукции за вычетом ущерба от воздействия на окружающую среду превышает . ценность израсходованных ресурсов, коэффициент 8па> 1. Объекты, для которых условие — Р > К не выполняется, 8па 1 следует рассматривать как экологически неэффективные, так как чистая отдача от используемых природных ресурсов не превышает их ценности.

Агрегированный коэффициент экологичности получается на основе сопоставления денежных оценок производственных результатов и затрат на привлечение природных ресурсов. Экологические эффекты и производственные результаты здесь приведены к одному знаменателю. Косвенно 8па представляет собой

своеобразный КПд природного потенциала эколого-экономической системы, т.е отношение эколого-экономического результата к затратам природных ресурсов.

В целом среди современных тенденций экологизации природопользования со храняются приоритеты следующих двух основных видов:

• технологии, обновляющие и дополняющие существующие производст венные процессы с целью снижения вредного воздействия на окружающую сред и минимизации потребления природных ресурсов;

• интегрированные технологии, использующие принципиально новые под ходы, которые позволяют минимизировать или полностью устранить огi1 рицательные воздействия на окружающую среду, предотвращая заранее саму воз можность его возникновения.

Эколого-экономическими (стоимостными) показателями оценки экологг ческой безопасности на региональном уровне, так же как и на локальном, явл ются ущербы от загрязнения окружающей природной среды. В качестве стоимо стных критериев для оперативной оценки региональной экологической опасност’ используются ущербы, рассчитанные эмпирическим методом на базе удельньт показателей и/или суммарные экологические платежи предприятий региона (п 9ути, производные от удельных показателей ущерба (рис. 5.2). Возможно такж использование относительных характеристик на основе указанных выше пока телей и величин численности населения региона или общей площади. Это пс ляет получить соответствующие стоимостные характеристики экологической на грузки на основные реципиенты техногенного воздействия.

Рис. 5.2. Структура эколого-экономических показателей

экологической безопасности региона