CC BY
17
УДК 549.642.41:669.054.8+542.913:338.3.01
МАНАНКОВ АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, докт. геол.-мин. наук,
профессор,
mav.39@mail.ru
РАХМАНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА, ok9039508843@mail.ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
СТРУКТУРА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИННОВАЦИЙ ПРОИЗВОДСТВА НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Показана необходимость и возможность перехода к замкнутым технологическим процессам, аналогичным природным, что целесообразно как с экологической, так и с экономической точек зрения.
Ключевые слова: синтетический волластонит, инновационный менеджмент, безотходное производство, промышленные отходы.
MANANKOV, ANATOLIY VASILYEVICH, Doc. of geolog.-mineral sc., prof mav.39@mail.ru
RAKHMANOVA, IRINA ANATOLYEVNA, ok9039508843@mail.ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk 634003, Russia
VITAL CYCLE STRUCTURE OF INNOVATION OF NEW MATERIALS PRODUCTION ON THE BASIS OF INDUSTRIAL WASTES
The necessity and possibility of transition to closed technological processes similar to natural ones has been shown. This transition is desirable both from ecological and economic points of view.
Keywords: synthetic wollastonite, innovative management, manufacture without waste, industrial waste.
По данным отдела вторичных ресурсов Российской Федерации [1], из всех природных ресурсов, используемых для удовлетворения потребностей современного общества, 90 % приходится на минеральное сырьё. Вследствие этого за один год на территории России суммарный прирост промышленных отходов составляет 7 млрд т. Общее количество промышленных силикатных отходов удваивается каждые 10-15 лет [2].
Отторгаемые для складирования промышленных отходов из землепользования сотни гектаров в год лучших земель, прилегающие к городам, представляют все более серьезную экологическую опасность. Общая площадь занятых отходами земель в стране превышает 200 тыс. га. В результате жизненная среда, особенно вблизи урбанизированных зон, имеет тенденцию
© А.В. Мананков, И. А. Рахманова, 2010
разрушаться быстрее, чем повышается жизненный уровень и благосостояние населения [9, 10].
На территории Томской области отходами занято более 652,92 га ранее находившихся в обороте сельскохозяйственных земель. Ежегодные выбросы в атмосферу ядовитых химических ингредиентов составляют приблизительно 550 тыс. т. В почвах вокруг предприятий накапливаются аномальные геохимические и минеральные ареалы канцерогенов и токсических веществ самых разных классов опасности. Не менее агрессивное воздействие оказывают техногенные месторождения - отвалы топливных и металлургических шлаков и зол, количество которых возрастает в городе на 200 тыс. т в год.
Из добываемых природных ресурсов лишь от 2 до 7 % идет на удовлетворение потребностей общества, а преобладающая часть накапливается в виде отходов, представляющих одну из главных причин современного экологического кризиса. Эта причина имеет три геоэкологических составляющих:
- связана с нерациональностью экстенсивного природопользования и сверхразумной материало- и энергоемкостью индустриального этапа;
- обусловлена отторжением из оборота и многофакторным изменением (от геомеханических нарушений участков земной коры до аномальных геохимических загрязнений) сотен и тысяч гектаров сельхозугодий около каждого промышленного города;
- воздействие дефляции (выдувания), денудации, экзарации, нивации, эрозии и других экзогенных факторов на минеральное сырье промышленных отходов.
В существенной ревизии нуждается стратегия градостроительства, в первую очередь, тесно связанного с добычей и переработкой природных ресурсов.
При всем многообразии точек зрения на механизмы преодоления экологического кризиса их можно разделить на две группы [9]:
1) неотехнологический механизм;
2) экологический экстремизм (сокращение антропогенного воздействия до установления равновесия в экосистемах и биосфере в целом).
Возможно, эти подходы могут быть непротиворечивыми, если удастся перейти на такое безотходное производство, при котором замкнутость техногенных процессов будет приближаться к замкнутости природных циклических процессов и качественно уменьшать их энергоемкость [3].
Научную основу экологических технологий составляют новые фундаментальные результаты в области низкоактивационных механизмов природного и техногенного минералообразования [4, 5].
Изучение химизма техногенных процессов геохимическими методами становится уже традиционным. На стыке с экологией появилась экологическая геохимия. Возникло новое направление экологической геохимии, которое получило название «геохимия техногенеза» [4] и очень скоро оно стало научной базой инновационного менеджмента [12, 13].
Основные задачи геохимии техногенеза:
1) повышение эффективности использования природных ресурсов;
2) разработка замкнутых технологических циклов кругооборота вещества в безотходных технологиях;
3) увеличение масштабов использования промышленных отходов и вторичного сырья;
4) разработка способов синтеза дешевых материалов, заменяющих металлы;
5) исследование возможностей использования редких металлов, содержащихся в исходном сырье (рудах, угле и т. п.), в отходах их обогащения и переработки;
6) сохранение и улучшение окружающей среды;
7) контроль за динамикой состояния озонового слоя Земли;
8) изучение отрицательного воздействия кислотных дождей;
9) контроль за состоянием естественного состава природных вод;
10) мониторинг состояния геологической среды и атмосферы городов;
11) выявление геохимических аспектов захоронения ядовитых, радиоактивных промышленных отходов;
12) увеличение продуктивности биосферы.
Экологическое мировоззрение начинает проникать практически во все отрасли знания. Его понятийной основой являются принципы энергоинформационного обмена, учитывающие причинно-следственные и обратные связи [4, 5]. Эти принципы позволили разработать наиболее фундаментальные законы геохимии техногенеза и общей экологии [3, 6, 7], которые начинают использоваться в экономике, современном экологическом праве, геодинамике, геоэкологии и во многих других науках, структурируемых экологией. Они весьма продуктивны при решении проблем глобальной экодинамики и поддержания устойчивого развития [11].
Основные задачи этого этапа природопользования - разработка и освоение таких технологических процессов, которые могли бы функционировать при минимальных потерях перерабатываемого сырья, энергии и вспомогательных природных ресурсов (воды, воздуха и т. д.) на всех этапах производства, от добычи природного сырья до удаления отслуживших свой срок товаров. Определение на начальных стадиях разработки невозможности ликвидации или реабилитации твердых, жидких и газообразных отходов может привести к пересмотру всей технологии или отказу от нее. Следовательно, в рамках концепции малоотходных технологических процессов критерием эффективности новой технологии является не только экономическая, но и ресурсная и экологическая оценка. Среди прогрессивных технологий добычи и переработки минерального сырья большое распространение получили гео-технологические и биотехнологические.
Геотехнологические способы основаны на переводе полезных компонентов в подвижное состояние непосредственно в недрах (скважинный или блочный варианты) или после выемки рудной массы на поверхность (кучное выщелачивание или выщелачивание рудных отвалов).
С помощью способа бактериального выщелачивания добываются в промышленных масштабах железо, медь, цинк, никель, кобальт, молибден, свинец, серебро, мышьяк. Сам процесс бактериального выщелачивания ме-
таллов из сульфидов происходит в кислой среде, он зависит от образования серной кислоты и сильного окислителя в виде ионов трехвалентного железа.
Геоэкологические исследования и геомониторинг территорий должны начинаться на поисковых стадиях геологоразведочного процесса для целенаправленной постановки и проведения более детальных геоэкологических исследований, необходимых для экологической экспертизы на стадиях предварительной и детальной разведки, доразведки и эксплутационной разведки месторождений. В результате должна быть получена информация, достаточная для объективной оценки воздействия на окружающую среду, разработку необходимых мероприятий по охране природы (технологических, архитектурнопланировочных, санитарно-технических и инженерно-организационных), определению затрат на осуществление природоохранных мероприятий и оценки подготовленности месторождений к промышленному освоению.
Планируемые методы и организация геоэкологического мониторинга:
1. Обобщение и анализ имеющихся литературных данных по отдельным природно-территориальным комплексам, ландшафтно-почвенным и геомор-фолитическим зонам, включая результаты геологических, геохимических, гидрогеохимических и дистанционных аэрокосмических исследований.
2. Методы исследования для локального геомониторинга, рекомендуемые нормативными документами:
1) геодинамическое картографирование;
2) геохимическое картирование торфяно-болотных и других почв, водных объектов и атмосферного воздуха;
3) геоморфологические и биогеохимические наблюдения;
4) минералогическая и литогеоэкологическая съемка;
3. Минералого-геохимические и экспериментальные исследования промышленных отходов и разработка технологий их промышленного использования.
4. Математические методы расчета экономической эффективности затрат на охрану окружающей среды.
На территории Томской области, в соответствии со стратегией социально-экономического развития на 2006-2010 гг., приоритетным направлением является вовлечение вторичных ресурсов в товарооборот.
На базе научных работ, выполненных Томским государственным университетом и Томским государственным архитектурно-строительным университетом [8], разработаны составы и способы производства строительных и конструкционных материалов нового класса - сикамов. Целью инновационных проектов является создание высокорентабельных и экологически чистых технологий для удовлетворения растущих потребностей в строительных, теплоизоляционных и конструкционных материалах на основе Р-волластонита; в конструкционных материалах - пеносикам (виралит); в производстве отделочных материалов, заменяющих природные (гранит, мрамор и т. п.), - грану-лят. В качестве исходного сырья для их производства используют местное недефицитное сырье и промышленные отходы. Сикамы - стеклокристаллические материалы нового поколения - обладают широчайшей гаммой перспективных свойств и объемным спектром потенциальных сфер использования,
отличаясь экологической эффективностью и экономической целесообразностью за счет низких общих затрат на производство.
Рассмотрим этапы жизненного цикла в инновационном процессе производства новых стеклокристаллических материалов класса сикамов. В соответствии с принятой методологией рассматривается целый ряд стадий жизненного цикла инновации.
В общем виде жизненный цикл инновации представляется суммой последовательных стадий:
ИП = Фи + Пи + Р + Пр + С + Эм + Ос + Пп + М + Сб, где Фи - фундаментальные исследования;
Пи - прикладные исследования;
Р - стадия опытно-конструкторских разработок;
Пр - проектирование;
С - строительство;
Эм - экологический менеджмент;
Ос - стадия освоения;
Пп - промышленное производство;
М - маркетинг;
Сб - сбыт, завоевание рынка.
Отдельные стадии жизненного цикла инновации можно объединить в несколько основных этапов:
1) концептуальная фаза (фундаментальные исследования, прикладные исследования, стадия опытно-конструкторских разработок);
2) фаза разработки проекта (проектирование, строительство, экологический менеджмент);
3) фаза реализации (стадии освоения, промышленное производство);
4) коммерциализация (маркетинг, сбыт, завоевание рынка).
На первом этапе проводятся фундаментальные исследования. Они касаются сырьевой базы и заключаются в изучении имеющихся природных и техногенных месторождений и определении пригодности их использования в производстве конструкционных и строительных материалов нового поколения и традиционных.
При учете именно этих обстоятельств, требований нормативных документов и накопившегося опыта нашей научной школы предложен комплексный стандарт описания промышленных отходов в разделе ОВОС проекта, содержащий рекомендации по оценке промотходов для его вторичного вовлечения в производство и в сертификатах. В разделе ОВОС проекта и в паспорте должны содержаться сведения о полном минеральном, химическом составе, геохимических особенностях и основных свойствах отхода. Лишь на результатах анализа этого материала можно делать более-менее обоснованные выводы об опасности или инертности данного отхода (например, определять класс его опасности), проводить оценку его ресурсных и технологических характеристик. При этом ответственность за истинность информации, приводимой в паспорте, несет изготовитель отходов, а в проекте - заказчик. В условиях российских реалий, когда практически полностью игнорируется нормативная документация по обращению с отходами, концептуальный подход
показывает, что на основе единого комплексного стандарта для промышленных отходов возможно построение современной инфраструктуры работ с ними как на федеральном, так и на региональном уровнях.
При характеристике экологической опасности отхода должна содержаться информация для принятия решений любого уровня о порядке обращения с отходами в зависимости от вида и степени их опасности для здоровья и жизни людей, для обеспечения требований охраны окружающей среды, а также о способах его использования в качестве сырья для производства товарной продукции. Состав и содержание паспорта опасности отхода после проведения аналитических исследований должен включать:
1. Наименование отхода.
2. Наименование и реквизиты предприятия-производителя отхода.
3. Количество паспортизуемого отхода.
4. Перечень опасных свойств отхода.
5. Происхождение отхода.
6. Состав отхода и токсичность его компонентов.
7. Рекомендуемый способ переработки отхода.
8. Данные о пожаро- и взрывоопасности отхода.
9. Данные о коррозийной активности отхода.
10. Данные о реакционной способности отхода.
11. Необходимые меры предосторожности при обращении с отходом.
12. Ограничения по транспортировке отхода.
13. Дополнительная информация.
На втором этапе производятся проектирование, строительство и экологический менеджмент. Разработаны новые технологии производства стеклокристаллических материалов. Они отличаются от традиционных существенно более низкой энергоёмкостью и высокой скоростью кристаллизации, а также возможностью их многофункционального использования. Они обладают экологическим преимуществом из-за отсутствия в их содержании токсичных добавок, минерализаторов, например соединений фтора.
На третьем этапе осуществляется реализация разработки. Созданы экспериментальные линии по производству материалов - гранулят, пеноси-кам (виралит). Технологические линии производства гранулята производительностью 25000 м2 в режиме промышленного использования работали в гг. Томске, Новосибирске, Волгограде, Коканде. В настоящее время разрабатывается технологический проект по производству пеносикама мощностью 54 тыс. м3/год.
На четвертом этапе начинается процесс коммерциализации изделий. Производство новых материалов на основе недефицитного природного сырья и промышленных отходов охватывает довольно длительный срок выпуска данных изделий, особенно в условиях массового производства. На этом этапе с помощью конструкторских и технологических служб производится частичная модернизация как технологий, так и изделий с целью улучшения их эксплуатационных характеристик и расширения сегмента рынка.
На рубеже третьего этапа и выхода на рынок требуются большие инвестиции в производство для создания производственных мощностей, подготовки
персонала и рекламной деятельности. На этом этапе инновационного процесса реакция рынка на нововведения еще не определена, сложно найти инвесторов для завершения инновационного процесса. Однако, если мы предполагаем развивать наше общество по пути экологического равновесия, то необходимо внедрять в производство экологически чистые безотходные технологии, по аналогии с развитыми странами, реализующими концепцию устойчивого развития, ориентированную на приоритет экологии над экономикой.
Библиографический список
1. О состоянии природной среды Российской Федерации в 1996 году. Государственный доклад. - М. , l997. - 286 с.
2. Ласкорин, Б.Н. Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ / Б.Н. Ласкорин, А.А. Барский, В.З. Персиц. - М. : Недра, 1984. - 334 с.
3. Мананков, А.В. Техногенные месторождения и экологические аспекты их использования / А.В. Мананков // IV inter. conf. «New ideas in earth sciences». - М., 1999. - С. 43-44.
4. Таусон, Л.В. Проблемы геохимии техногенеза / Л.В. Таусон // Геохимия техногенеза. -Новосибирск: Наука,1986. - С. 3-9.
5. Мананков, А.В. Основные направления развития геодинамики / А.В. Мананков, А.А. Локтюшин // Проблемы геодинамики и минерагении Южной Сибири. - Томск, 2000. - С. 5-15.
6. Локтюшин, А.А. Основное экологическое противоречие и минеральное вещество / А.А. Локтюшин, А.В. Мананков // Проблемы экологической минералогии и геохимии: тез. докл. Минерал. общества РАН. - СПб, 1997. - С. 9-10.
7. Мананков, А.В. Основы экологии: Теории, факторы, законы, кризисы и их преодоление / А.В. Мананков. - Томск : Изд-во ТГаСу, 1998. - 268 с.
8. Мананков, А.В. Волластонитовые, пироксеновые и другие материалы из промышленных отходов и недефицитного природного сырья / А.В. Мананков, Е.Я. Горюхин, А.А. Локтюшин. - Томск : Изд-во ТГУ, 2002. - 166 с.
9. Мананков, А.В. Экологический императив в развитии минерально-сырьевой базы Томской области / А.В. Мананков, Г.М. Рогов // Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири. - Томск, 2005. - С. 229-231.
10. Куперт, А.Ю. Отходы производства и потребления / А.Ю. Куперт, Е.Е. Плетенева // Экологический мониторинг окружающей среды Томской области. - Томск, 2007. -С. 64-69.
11. Дероберти, С.С. Управление инновационными процессами при механизации строительства / С.С. Дероберти, Н.Б. Васильковская. - Томск. Изд-во ТГАСУ, 1999. - 176 с.
12. Фатхутдинов, Р.А. Инновационный менеджмент / Р.А. Фатхутдинов. - СПб. : Питер,
2006. - 448 с.
13. Фатхутдинов, Р.А. Стратегический маркетинг / Р.А. Фатхутдинов. - СПб.: Питер,
2007. - 352 с.
