К вопросу оценки экологичности технологий

УДК 502.3.001.57 Н.И. Корнеева

УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

В статье рассмотрены проблемы экологической безопасности предприятий на примере Дальнего Востока Российской Федерации, где данная проблема очень актуальна. Рационализация природопользования представлена на основе новых подходов к планированию выпуска производственной продукции с помощью нескольких этапов природоохранных мероприятий. Данные мероприятия представляют собой комплекс экологических проблем, которые решаются с помощью 4 основных задач: планирование выпуска промышленной продукции; корректировка полученных решений с учетов взаимных интересов предприятий-партнеров; формирование производственных календарных программ с учетом выбросов в окружающую среду вредных веществ; разработка информационной системы обеспечения экологической безопасности производственных предприятий, т.е. составление автоматизированных рабочих мест.

В условиях развивающего экологического кризиса реальное планирование и управление экологической безопасностью предприятий строительной индустрии и нефтегазового комплекса является важнейшей компонентой общей системы принятия решений. Полученные при этом результаты должны служить основой регулирования экологических и природо-пользовательских взаимоотношений на конкретной территории, защищать ее интересы, являться научным обоснованием формирования региональной политики.

Проблеме экологической безопасности предприятий посвящены многочисленные отечественные и зарубежные исследования. Предложены различные подходы к ее решению, подготовлены эффективные технологии, основная часть которых успешно реализуется на практике. Вопросы, затронутые в работах многочисленных авторов, исключительно многогранны и охватывают большую часть проблемы экологической безопасности производственных объектов и систем.

В своих работах авторы считают, что научной и методологической основой планирования и управления производством должны быть теория систем и теория математического моделирования сложных систем, в частности, имитационное моделирование. Однако анализ существующих исследований по данной проблеме показывает, что во многих работах недостаточное внимание уделяется комплексному рассмотрению экологических задач производства, их взаимосвязи с задачами планирования производства, учету экстремальных условий. Это затрудняет на практике применение новых эффективных организационных решений по обеспечению экологической безопасности производственных предприятий.

Необходимость углубления и совершенствования экологических исследований, их скорейшего применения на практике особенно наглядна на примере Дальнего Востока. Водные бассейны региона не выдерживают техногенную нагрузку 563 промышленных предприятий, со стоками которых в реки поступает ежегодно более двух миллионов тонн вредных веществ. Резко возросло отрицательное влияние других антропогенных факторов, таких, как: строительство ГЭС, интенсивные рубки леса, сплав древесины, горнорудные разработки, увеличение ядовитых стоков ряда отраслей промышленности, распашка земель в водоохранной зоне, неграмотное применение в сельском хозяйстве ядохимикатов и минеральных удобрений, увеличение количества неочищенных бытовых стоков. Произошло обмеление и сильное загрязнение большинства водоемов Дальнего Востока. Загрязнения р. Амур и ее притока р. Уссури настолько велики, что сегодня практически нельзя пользоваться городскими пляжами в крупных городах и поселках Хабаровского края.

Очень актуальна и такая экологическая проблема, как обеспечение городов Дальнего Востока, и, в первую очередь, одного из крупнейших городов региона - Хабаровска - водой. И это при наличии протекающих рядом с крупными населенными пунктами рек: Амура, Уссури, Зеи, Хора, Ситы и др. Эта задача, так же, как и вопросы с загрязнениями воздушной среды, самым непосредственным образом связана с необходимостью выработки новых рекомендаций по регулированию техногенного давления на окружающую территорию.

Задачи оптимизации планирования для функционирования промышленных предприятий

Значительные резервы в рационализации природопользования могут быть найдены на основе новых подходов к планированию выпуска производственной продукции в регионе. Во-первых, при разработке производственных программ предприятий региона очень важно получить такие рекомендации, которые бы позволили максимизировать выпуск производственной продукции при соблюдении заданных параметров природопользования и наименьших суммарных денежных вложениях в природоохранные мероприятия.

На следующем этапе полученные производственные программы могут быть откорректированы с учетом взаимных интересов предприятий-партнеров. Для этого необходима разработка соответствующей методики перераспределения квот между предприятиями. Нельзя также игнорировать ограничения экологии и при разработке внутрипроизводственных календарных графиков на самих предприятиях. Это означает необходимость включения в рекомендации по формированию календарных производственных программ методов, направленных на детальное согласование производственных процессов с экологическими ограничениями.

Их применение должно гарантировать выполнение предприятиями в любой момент времени заданных ограничений по всему реестру выбросов в окружающую среду. И, наконец, требуется создать механизмы и информационные системы управления экологической безопасностью производственных предприятий в регионе. Представляется, что только комплексное рассмотрение и решение поставленных вопросов может иметь существенный положительный эффект для практики. Поэтому целесообразно осуществлять взаимоувязанное решение поставленных задач.

Решение задачи планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии можно реализовать в двух постановках:

а) максимизация объемов производства при выполнении требований по качеству выбросов в окружающую (воздушную и водную) среду;

б) формирование планов производства с допустимыми режимами техногенного давления на окружающую среду и с минимальными затратами на очистные сооружения.

Выбор наиболее приемлемого варианта выпуска промышленной продукции в регионе осуществляется руководителями производства.

Отыскание оптимального решения базируется на симплекс-методе линейного программирования. При этом предусмотрено выполнение оптимизационных расчетов как с учетом ограничений по выбросам в атмосферу, так и по водным загрязнениям. На заключительном этапе принятия программ производственных предприятий в регионе выполняется сопоставление предварительно сформированных планов выпуска продукции предприятий, синхронизированных с их ресурсными возможностями, директивными установками и др., с вариантом плана производства продукции в регионе, удовлетворяющего ограничениям по всему спектру выбросов.

Вначале выполняется формирование производственной программы региона из условий соблюдения заданных параметров природопользования. За основу принимается вариант программы, удовлетворяющий наиболее жестким требованиям по выбросу. Если выясняется, что средств предприятий недостаточно для реализации предложенных рекомендаций по выпуску продукции, то формируется план, которому соответствуют наименьшие издержки на очистные установки. Корректировка плана может быть осуществлена и с учетом других факторов.

Необходимо предусмотреть возможность корректировки полученных ранее решений. При этом вносимые изменения (не усиливающие техногенное давление на среду) должны быть выполнены с учетом взаимных интересов предприятий-партнеров.

Это может быть выполнено путем разработки экологического соглашения между предпринимателями-инициаторами. В рамках такого соглашения любое предприятие может заключить сделку, преследуя: либо уменьшение платежей за необеспеченные разрешениями выбросы, либо создание запаса разрешений на выбросы.

Выбор партнера для заключения сделки определяется набором альтернатив повышения собственных выбросов предприятия и получения выгод, затратами на снижение выбросов будущего партнера по сделке.

Система критериев экологической допустимости и экономической целесообразности является базовой математической моделью, на основе которой решается задача выделения группы производственных предприятий для совершения между ними эколого-экономической сделки.

В ходе расчетов по определению группы производственных предприятий для совершения между ними эколого-экономической сделки могут появляться случаи отсутствия стратегии снижения выбросов, удовле-

творяющей критериям экономической целесообразности и экологической допустимости при заданном объеме увеличения. Для таких вариантов предлагается упрощенный подход к заключению сделки.

Суть его заключается в том, чтобы выяснить предприятию-инициатору - на какую величину дополнительного выброса оно может заключить сделку при приемлемости результатов экологического соглашения для всех участников. После определения множества стратегий предприятия-инициатора по регулированию квот (экологически допустимых и экономически приемлемых) на завершающем этапе необходимо получение нижней оценки затрат на снижение выбросов по каждой такой группе производственных предприятий.

На основе рассмотренной методики перераспределения квот между производственными предприятиями разработаны блок-схема и программа на ЭВМ. В сравнении с существующей практикой управленческому персоналу удается готовить взаимовыгодные договоренности о перераспределении квот на выбросы.

Планы выпуска промышленной продукции предприятиями строительной и нефтегазовой отраслей региона, разработанные с учетом требований экологии и откорректированные на основе перераспределения квот предприятий, в ряде случаев не могут быть приняты к выполнению. Это связано с тем, что техногенное давление на окружающую среду производственными предприятиями, как правило, является нестационарным. Статистический анализ распределения выбросов во времени на примере предприятий г. Хабаровска и Комсомольска выявил, что коэффициент вариации, характеризующий степень ритмичности выбросов, составляет в среднем 0,7-1,6. Это приводит к тому, что в некоторые периоды времени может иметь место значительное превышение фактических выбросов над нормативными.

Чтобы полностью исключить пиковые сбросы загрязнений, большие допускаемых, необходимо внутрипроизводственное календарное планирование осуществлять также с учетом экологических факторов.

В этом случае предлагается следующий подход к формированию производственных календарных программ с учетом экологии. Вначале в внутрипроизводственные календарные расписания закладывается минимальная интенсивность выполнения технологических процессов с целью обязательного соблюдения заданных ограничений по регламентируемому спектру выбросов. Затем ставится задача отыскания таких режимов интенсифицирования производственных процессов, при которых обеспечивается формирование календарных производственных программ минимальной продолжительности выполнения с соблюдением заданных ограничений по выбросам.

Оптимизационные расчеты по интенсифицированию производственного расписания предприятия должны выполняться для всех выбросов, по которым имеются ограничения. К реализации принимается расписание с большей расчетной продолжительностью, т.е. производственный план, корреспондирующийся с наиболее строгими экологическими ограничениями. Это дает возможность промышленным предприятиям разрабатывать экологически сбалансированные программы, минимизируя снижение объемов производства.

Экологическая безопасность производственных предприятий во многом зависит не только от выработки рациональных производственных программ, тесно увязанных с требованиями экологии, но и того, насколько на практике будут соблюдаться выработанные рекомендации. Поэтому необходима разработка информационной системы обеспечения экологической безопасностью производственных предприятий в регионе.

Основу первой очереди такой информационной системы, по нашему мнению, должны составить такие автоматизированные рабочие места (АРМы), как: АРМ планирования продукции (АРМ ПП), АРМ разработки экологических соглашений (АРМ ЭС), АРМ внутрипроизводственного планирования (АРМ ВП), АРМ учета и контроля выполнения плановых решений (АРМ УК).

В рамках АРМа ПП должны решаться вопросы планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии. При этом программная реализация должна охватывать следующие постановки задачи планирования выпуска продукции: а) максимизация объемов производства при выполнении требований по качеству выбросов в окружающую (воздушную и водную) среду; б) формирование планов производства с допустимыми режимами техногенного давления на окружающую среду и с минимальными затратами на очистные сооружения.

АРМ ЭС должен обеспечивать возможность корректировки предварительно сформированных производственных региональных программ с учетом взаимных интересов предприятий партнеров и при безусловном выполнении экологических ограничений по всему спектру выбросов. На АРМ внутрипроизводственного планирования возлагается задача формирования и оптимизации календарных графиков выпуска продукции, обеспечивающих исключение пиковых выбросов загрязнений, больших допускаемых, не только в целом в рамках планового периода, а и в каждый заданный временной интервал этого периода.

На АРМ УК возлагается автоматизация учета и контроля выполнения плановых решений. Выходная информация АРМ УК необходима для принятия управленческим персоналом своевременных и адекватных решений по поддержке или корректировке ранее принятых рекомендаций информационной системы обеспе-

чения экологической безопасности производственных предприятий, верхний уровень которых занимает орган управления безопасностью (соответствующие подразделения краевой администрации). На этом уровне функционируют АРМ ПП, АРМ ЭС, АРМ УК. Они используют в своей работе общую базу данных предприятий края для решения задач обеспечения экологической безопасности производства, которая хранится на сервере. На нижнем уровне действуют производственные предприятия региона. В их распоряжении имеются АРМы внутрипроизводственного планирования. Предусмотрена возможность взаимодействия информационной системы обеспечения экологической безопасности предприятия Хабаровского края с соответствующей системой федерального уровня.

По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:

1. В настоящее время, когда интенсивность и рост масштабов техногенного воздействия на природные процессы особенно велики, обеспечение экологической безопасности предприятий является одной из важнейших современных задач управления производством.

2. Только на новой математической основе и при системном рассмотрении задач планирования и управления производством можно успешно решить сложную экологическую проблему.

3. Учитывая сложность решения поставленной проблемы в целом, предложено последовательное формирование планов производства, обеспечивающих экологическую безопасность предприятий. Необходимость осуществления формирования и оптимизации календарных производственных программ предприятий с учетом экологических ограничений.

4. Предложена математическая модель и оптимизационная методика решения задачи планирования, выпуска продукции промышленными предприятиями региона.

5. Решение задачи планирования выпуска промышленной продукции в регионе с учетом экологии и формирование планов производства с минимальными затратами на очистные сооружения.

6. Предложенные рекомендации по планированию промышленной продукции предусматривают выполнение оптимизационных расчетов с учетом ограничений по выбросам в атмосферу и по водным загрязнениям.

Литература

1. Клыков, М.С. Графоаналитическая методика оптимизации календарных производственных программ с учетом экологической безопасности / М.С. Клыков, НИ. Корнеева. - Хабаровск: ЦНТИ, №54-98, 1998. - 4 с.

2. О состоянии и об охране окружающей среды Хабаровского края в 2004 году: гос. докл. / М-во природных ресурсов Хабаровского края; Хабаровское межрегиональное управление по технол. и экол. надзору; под ред. В.М. Болтрушко. - Хабаровск, 2005. - 299 с.

УДК 574:630*2 Л.П. Майорова

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ

В статье приведены результаты анализа предложенных в литературе показателей и критериев экологичности технологий (способов производства) и проведено сравнение трех способов производства целлюлозы (традиционных сульфатного и сульфитного и исследуемого сульфитного щелочного при рН 13,0).

Не менее важным, чем технико-экономические параметры, является вопрос оценки экологичности технологий при выборе альтернатив. С точки зрения воздействия на природную среду наибольший интерес представляют подсистемы производства, сбыта и утилизации (в широком понимании - не только вышедших из употребления изделий, но и побочных продуктов), так как создаваемые человеком процессы переработки и потребления природных ресурсов не являются малоотходными. Часто отходы или сама продукция, не имея естественных биологических деструкторов, не вовлекается в природный круговорот веществ. В производстве целлюлозы образующиеся органические отходы вовлекаются в естественные круговороты, хотя скорость их разложения различна. Неорганические - весьма устойчивы в природной среде. Основными являются воздействия на атмосферный воздух (выбросы предприятия, вторичные воздействия), водные объ-

екты (сбросы сточных вод), почвы (складирование отходов, вторичные воздействия) (рис. 1). Именно эти воздействия необходимо учитывать при сравнении технологий по экологическим критериям.

Природные факторы, усиливающие негативное воздействие на ОС

Затраты

(ресурсоемкость,

энергоемкость,

Эффективность технологии производства ^ целлюлозы ^

«Природоемкость»

технологий

Ограничения

(экологичность,

безопасность)

Рис. 1. Матрица воздействий целлюлозно-бумажного производства на природную среду

Эффективность технологии производства определяется затратами, ограничениями и качеством получаемой продукции (рис. 2).

Энергетические, материальные и трудовые ресурсы

^ Целлюлозно-бумажное производство

Природные ресурсы: древесные, водные, территория и др.

Рис. 2. Систематизация факторов, определяющих эффективность технологий и степень воздействия на природную среду

Повышение экологичности и безопасности технологий и оценка их влияния на природную среду базируются на следующих позициях:

- изучение процессов, протекающих на основных этапах жизненного цикла, прежде всего на этапе производства и утилизации;

- выявление источников и причин образования вредных веществ, отводимых в природную среду;

- оценка уровня выделения загрязняющих веществ на различных этапах жизненного цикла, в первую очередь на стадии производства на разных этапах технологического процесса;

- выбор критериев оценки воздействия на природную среду;

- установление градаций степени воздействия.

В данной работе приведены результаты анализа предложенных в литературе показателей и критериев экологичности технологий (способов производства) и проведено сравнение трех способов производства целлюлозы (традиционных сульфатного и сульфитного и исследуемого сульфитного щелочного при рН 13,0) (рис. 3).

Сравнительный анализ названных выше способов производства целлюлозы проводился по 19 ресурсно-экологическим и экономическим показателям. Выходные параметры оценивались на основании составленной структурно-блочной модели подсистемы «производство целлюлозы», в которой методом декомпозиции выделялись подсистемы более низкой иерархии, детализированные для каждого способа производства. По традиционным сульфитному и сульфатному способам обобщены разрозненные литературные данные по выбросам, сбросам, побочным продуктам и отходам. Данные о воздействии сульфитного щелочного способа на природную среду отсутствуют. В связи с этим предположительный качественный и количественный состав выбросов и сбросов при этом способе производства целлюлозы устанавливался с использованием метода аналогий, технологических и термодинамических расчетов.

Общая схема оценки экологичности технологий

Сравнительный анализ способов по 19 ресурсно-экологическим и экономическим параметрам

______________________у

Обобщение разрозненных данных по выбросам, сбросам,отходам

Установление качественного и количественного состава выбросов и сбросов СЩ

Сравнение способов по величине ущерба

Рис. 3. Этапы оценки экологичности способов производства целлюлозы

При анализе существующих интегральных и комплексных показателей оценки экологичности технологий и способов производства в первую очередь рассматривались те, которые характеризуют воздействие на природную среду и устанавливают соотношения «воздействия - возможные последствия». Для отбора показателей предложен ряд принципов:

1. Доступности информации, обеспечивающей формирования оценочного показателя.

2. Комплексности. Интегральный характер, учитывающий воздействие на все компоненты географической оболочки.

3. Достаточно высокой «чувствительности», позволяющей улавливать отличия в технологиях.

4. Прогнозирования последствий. Учет воздействия на различных реципиентов.

5. Избирательности. Отбор свойств показателя.

6. Структурирования видов техногенного воздействия на окружающую среду и приведения количественных характеристик воздействия к формализованным критериям.

7. «Технологичности» - учета удельных нормативов землеемкости, ресурсоемкости, энергоемкости, отходности.

Рассматривались преимущества, недостатки, информационное обеспечение и возможности использования различных методов оценки технологий. Показано, что:

1. Характеризовать технологии можно:

- нагрузкой на среду. Но при этом должны быть использованы интегральные, а лучше комплексные показатели, которые пока не разработаны;

- изменением состояния среды под воздействием по разным технологиям. Это более совершенная оценка. Однако методы прогнозирования из-за неразработанности и отсутствия сведений о состоянии естественных и нарушенных экосистем оказываются неэффективными. Необходимы расчеты превращений в средах и прогнозы последствий. Расчеты трудоемки. Очень велика степень неопределенности;

- ущербом природной среде и риском. Имеются методики определения ущербов от загрязнения водных объектов, атмосферы, земель. Интенсивно разрабатываются методы оценки риска;

- интегральными (комплексными) показателями, учитывающими природоохранные затраты;

- величиной природоемкости производства;

- соотношением техноемкости среды и природоемкости производства.

2. Наиболее простым и проработанным вариантом сравнения является оценка ущерба от загрязнения воздушного и водного бассейнов и почв.

3. Объективной и полной является оценка «природоемкости» технологий. Однако механизм такой оценки пока не проработан.

4. Для укрупненной ориентировочной оценки можно использовать платежи за загрязнение природной

среды.

5. В оценке экологичности технологий необходимо учитывать суммарную нагрузку на природную среду, включая качество и уникальность изымаемых ресурсов и угрозу необеспеченности ресурсами.

Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды является комплексной величиной и слагается из ущербов по отдельным видам объектов в загрязненной зоне. Нами был учтен ущерб от загрязнения атмосферы и водных объектов по альтернативным способам производства целлюлозы в соответствии с «Временной методикой определения предотвращенного экологического ущерба», 1999 г. (табл.).

Обобщенные результаты расчета удельных ущербов по альтернативным

способам производства

Показатель Ед. изм. Способ производства

сульфитный сульфатный сульфитный щелочной

Суммарный экономический ущерб от загрязнения окружающей среды руб/т 1064,69 1495,4 1099,1

Соотношение удельных ущербов по альтернативным технологиям - 0,712 1 0,735

Таким образом, проведенные расчеты показали более высокую, по сравнению с сульфатным, экологичность сульфитного щелочного способа, обеспечивающего возможность переработки низкокачественного сырья и получения полуфабрикатов с высокими показателями механической прочности.