Содержание к диссертации
Введение
1 Оценка деятельности и воздействий хлебопекарных предприятий России 9
1.1 Теоретические предпосылки к оценке влияния хлебопекарных предприятий на экосистемы 9
1.2 Характеристика хлебопекарных предприятий как источников загрязняющих веществ и других видов воздействия на окружающие экосистемы 12
1.3 Анализ подходов к оценке экологической безопасности предприятий 21
1.4 Разработка мероприятий, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия хлебопекарных предприятий на живую природу 25
Выводы по 1 главе 34
2. Характеристика объектов и методов исследований 36
2.1 Характеристика объекта исследования 36
2.2 Методы исследования 39
3. Качество сырья как фактор воздействия хлебопекарных предприятий на компоненты окружающей среды 50
3.1 Системный подход к оценке деятельности хлебопекарных предприятий как источников образования загрязняющих веществ 50
3.2 Влияние технологического свойств сырьевых ресурсов Оренбургской области на качество продукции хлебозаводов 53
3.2.1. Влияние качества зерна Оренбургской области на качество хлеба 53
3.2.2 Оценка факторов влияющих на условия формирования качества сырьевых ресурсов для производства зерномучных товаров 58
3.2.3 Анализ причин выработки бракованной продукции на хлебопекарных предприятиях 68
Выводы по 3 главе 87
4. Изучение факторов антропогенного воздействия хлебопекарных предприятий на окружающую среду 89
4.1 Жизненный цикл продукции хлебопекарного производства 89
4.2 Исследование микробиологического и химического составов сточных вод хлебопекарных предприятий 97
4.3 Тепловое загрязнение и пылегазовые выбросы как фактор негативного действия хлебопекарных предприятий на окружающую среду 99
4.3.1 Оценка энергетического баланса хлебопекарного производства 99
4.3.2 Анализ факторов образования пылевых и газовых выбросов хлебопекарного производства и их количественно-качественная оценка. 102
4.3.3 Разработка мероприятий по охране окружающей природной среды от тепловых и газовых выбросов на хлебозаводах. 105
4.4 Источники образования твердых отходов и их количественная и качественная идентификация 113
Выводы по 4 главе 116
5. Комплексный подход в экологической оценке деятельности хлебопекарных предприятий 118
5.1 Оценка влияния хлебопекарных предприятий г. Оренбурга на окружающую среду на основе критерия экологичности 118
5.2 Оценка влияния хлебопекарных предприятий г. Оренбурга на окружающую среду на основе экспертной оценки 120
Выводы по 5 главе 128
Заключение 129
Список использованных источников 131
Приложения 151
- Теоретические предпосылки к оценке влияния хлебопекарных предприятий на экосистемы
- Системный подход к оценке деятельности хлебопекарных предприятий как источников образования загрязняющих веществ
- Жизненный цикл продукции хлебопекарного производства
Введение к работе
Производственная деятельность человека напрямую или косвенно связана с воздействием на окружающие экосистемы [11, 61, 175]. Техногенез сопровождается образованием твердых отходов, промышленными стоками в водоемы и выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, что является одной из основных причин нарушения биологического равновесия в экосистемах [40, 130, 154].
По данным Управления по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по Оренбургской области на территории Оренбургской области в 2006 году накоплено 880,728 млн. т. промышленных отходов. Сброс сточных вод в природные объекты всех отраслей промышленности составил 1450 млн.м . Валовой выброс загрязняющих веществ по области от стационарных и передвижных источников за 2006 год составил 985,11 тыс.т.: от стационарных источников - 883,01 тыс.т, от передвижных - 102,1 тыс.т. За последние семь лет отмечается тенденция к увеличению валовых выбросов в атмосферу [41, 42, 43, 130].
Наряду с предприятиями химической, металлургической и ряда других отраслей промышленности, оказывающими наиболее заметные негативные воздействия на состояние экосистем, хлебопекарные предприятия являются стабильными потребителями сырьевых ресурсов и генераторами отходов [25, 28,29, 117, 135].
Анализ литературных данных [7, 27, 28, 31, 33, 63, 79, 94, 116, 140, 141, 150, 168] показывает, что в настоящее время отсутствует комплексный подход к оценке воздействий хлебопекарных предприятий на окружающую среду. Поэтому рассмотрение проблемы оценки влияния хлебопекарных предприятий и разработки мероприятий, обеспечивающих минимизацию их воздействия на природные и искусственные экосистемы, является своевременным и актуальным.
Цель и задачи исследования
Цель работы заключается в оценке влияния хлебопекарных предприятий на окружающую среду и разработке мероприятий, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия на природные и искусственные экосистемы.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
изучены факторы антропогенного воздействия хлебопекарных предприятий на компоненты окружающей среды;
разработан методологический подход к экологической оценке и нормированию деятельности хлебопекарных предприятий;
разработан комплекс мероприятий обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия хлебопекарных предприятий на компоненты окружающей среды.
Объект исследования
Объектом исследования являются предприятия хлебопекарной промышленности г. Оренбурга, их деятельность как стабильных потребителей значительного количества ресурсов и источников выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод, образования твердых отходов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
на основе системного подхода к процессу производства хлебобулочных изделий определена совокупность внутренних (оборудование, производительность, вид топлива, технология, ассортимент) и внешних (качество сырья) параметров, обеспечивающих минимизацию антропогенного воздействия хлебопекарных предприятий на окружающую среду;
показана взаимосвязь аппаратурно-технологического оформления предприятий хлебопекарной промышленности и качества сырья с количественно-качественной характеристикой загрязнений, воздействующих на экосистемы;
разработаны модели образования выбросов оксидов азота от загруженности хлебопекарных печей различной конструкции;
разработана модель трансформации сырьевых и энергетических ресурсов в продукцию и воздействия, оказываемые хлебопекарными предприятиями на окружающую среду;
разработана методика оценки влияния хлебопекарных предприятий на окружающую среду на основе критерия экологичности по количеству и токсичности твердых, жидких и газообразных отходов, учитывающая качество перерабатываемого сырья и аппаратурно-технологические схемы производства;
на основе анализа жизненного цикла продукции хлебопекарных предприятий разработано и обосновано нормирование деятельности хлебозаводов по удельным показателям образования загрязняющих веществ и потребления энергоресурсов в зависимости от загруженности основного оборудования.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
в разработке практических рекомендаций (усиление входного контроля качества сырья, повышение загруженности пода хлебопекарных печей, повышение уровня специализации предприятий, увеличение доли продукции на полуфабрикатах собственного производства) по снижению отрицательного влияния хлебопекарных предприятий на состояние экосистем;
в систематизации сведений о взаимосвязи качества сырья с количественно-качественными характеристиками загрязнений, образующихся в ходе технологических процессов производства хлеба;
в разработке математических моделей для минимизации антропогенных воздействий хлебопекарных предприятий на состояние атмосферного воздуха;
в разработке методологии проведения и оценки энергетического и материального балансов при внедрении системы экологического менеджмента на предприятиях хлебопекарной промышленности в соответствии с международными стандартами серии ИСО 14040;
в совершенствовании существующих и разработке новых отраслевых нормативов по оценке деятельности предприятий хлебопекарной промышленности, с целью снижения величины антропогенного воздействия.
Результаты научно-исследовательской работы используются в областной целевой программе «Оздоровление экологической обстановки Оренбургской области в 2005-2010 годах» при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка мероприятий по снижению образования твердых отходов на предприятиях пищевой промышленности и способов их практического использования» (государственный контракт №10 от 12.07.2006 года).
Материалы научно-исследовательской работы используются в преподавании учебных дисциплин: «Экология», «Техника защиты окружающей среды», в ходе дипломного проектирования студентами специальностей «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». На защиту выносятся
взаимосвязь качества сырья, аппаратурно-технологического оформления процесса производства хлеба и хлебобулочных изделий с количественно-качественными характеристиками образующихся загрязняющих веществ;
обоснование внедрения отраслевых нормативов образования загрязняющих веществ по значениям удельных показателей;
модели оценки воздействий хлебопекарных предприятий на компоненты окружающей среды;
- критерий экологичности хлебопекарных предприятий.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на межрегиональных научно-практических конференциях «Традиции подготовки и модернизация, актуальные проблемы деятельности торгово-экономических кадров в России» (г. Оренбург, 2002, 2004), Международных научно-практических конференциях «Продовольственный рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (г. Орел, 2001, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация сложных биотехнологических систем» (г. Оренбург, 2003), Всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государст-
венной политики здорового питания в России» (г. Орел, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России (г. Оренбург, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем» (г. Оренбург, 2006). В 2003 году научно-исследовательская работа «Экологическая оценка и управление отходностью хлебопекарных предприятий» заняла первое место в областном конкурсе научно-исследовательских работ молодых учёных «Экотехнологии - 2003».
Публикации. Результаты работы отражены в 14 печатных работах, из которых 1 монография, 5 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 183 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования, трех глав собственных исследований, выводов и списка использованных источников. Диссертация содержит 23 рисунка, 41 таблицу, список использованных источников из 196 наименований, а также 13 приложений.
Теоретические предпосылки к оценке влияния хлебопекарных предприятий на экосистемы
Самое важное условие поддержания жизнедеятельности человека - система питания, создающая необходимые предпосылки для оптимального развития личности, поддержания здоровья, работоспособности и долголетия.
В XXI в., как и в предшествующие столетия, продовольственные продукты, выработанные из злаковых культур, для подавляющего большинства россиян будут составлять основу их ежедневного рациона питания. Объясняется это многовековой традицией употребления в России хлебопродуктов (различных видов круп, хлеба из ржаной и пшеничной муки, хлебобулочных, макаронных и мучнистых кондитерских изделий) благодаря их высокой энергетической и пищевой ценности, относительно невысокой стоимости и другим положительным качествам.
В России текущее оптимальное количество хлебопродуктов на душу населения в год, с учётом продовольственной безопасности россиян, можно определить как сумму следующих слагаемых: рекомендуемая медиками и диетологами норма потребления на одного человека; величина, компенсирующая недостаток других основных продуктов (мяса, молока, рыбы, овощей, фруктов и т.д.); величина страхового запаса для обеспечения в случае неурожая злаковых культур из-за стихийных бедствий (засуха, наводнение и т.п.) и военных действий. Кроме того, следует добавить составляющую, учитывающую национальные и региональные традиции и особенности жителей нашей страны.
Вследствие высоких питательных качеств продукты из зерна (хлеб, крупы, макароны) - важнейшие для повседневного употребления. За счёт хлебопродуктов удовлетворяется дневная потребность человека в пище на одну треть, в жизненной энергии - на 30-50%, в белке - на 30-40, в витаминах группы В - на 50-60 и витамине Е - на 80 %. Использование хлебопродуктов, богатых белками, углеводами, жирами, витаминами и микроэлементами, позволяет человеку удовлетворить комплекс физиологических потребностей. Использование хлебопродуктов не только полезно, но и материально выгодно. Это объясняется сравнительной стоимостью белков животного и растительного происхождения. Известно, что белок, содержащийся в пшеничном хлебе, в 5-10 раз дешевле белка рыбы и в 3 раза- белка молока. Кроме того, зерно служит сырьём для получения других продуктов питания, полезных человеку: крахмала, пива, спирта, пищевых концентратов [10].
Общеизвестно, что из всех потребляемых хлебопродуктов хлеб хлебобулочные и другие изделия - одни из важнейших продуктов питания человека. Они эпидемиологически безопасны, не содержат аллергенов, приятны на вкус, дешевле большинства других продуктов. Поэтому имеется достаточно оснований для того, чтобы поставить их на одно из важнейших мест в рационе питания людей [7].
Пищевая и перерабатывающая промышленность призвана обеспечивать население различными продуктами питания в объемах и ассортименте, достаточных для формирования правильного и сбалансированного рациона питания. Преодолев спад производства, имевший место в начале экономических реформ, во второй половине прошлого десятилетия промышленность Российской Федерации начала наращивать объемы производства по отдельным видам продукции, а с 1999 года наметилась устойчивая динамика роста производства продукции по пищевой промышленности в целом.
Производственные мощности хлебозаводов и пекарен достаточны для ежегодной выработки более 15 млн. т хлеба и хлебобулочных изделий с учетом традиционных и национальных особенностей и предпочтений. С 1995 по 2005 год количество хлебопекарных предприятий увеличилось с 4002 до 5243. Использование их производственной мощности по регионам составляло от 45 до 65 %. [171] Согласно отчетным данным, производство хлеба за последние годы снижается. В 2006 г. производство хлеба и хлебобулочных изделий составило 8,2 млн. т, что соответствует 68,1 % к уровню 1995 г. и 85,5 % к уровню 2000г. Однако следует отметить, что данные Росстата не отражают объемов производства хлеба и хлебобулочных изделий, вырабатываемых на большей части пекарен. Реальное потребление хлеба и хлебобулочных изделий на душу населения в России увеличилось с 119 кг в 1990 году до 121 кг в 2005 году, при рекомендуемой норме 110 кг в год [65].
Пищевые производства создают существенную экологическую нагрузку на территории проживания людей, которая обусловлена большим количеством производимых отходов. Современный уровень развития пищевой и перерабатывающей промышленности страны и состояние ее 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 [32].
Системный подход к оценке деятельности хлебопекарных предприятий как источников образования загрязняющих веществ
Анализ литературных данных [58, 94, 107, 117, 127, 158] показал, что деятельность предприятий хлебопекарной промышленности связана с потреблением технологического сырья, образованием отходов в виде выбросов в атмосферный воздух, сбросов в водные бассейны и накоплением твердых отходов на почвах.
Технологические свойства сырья оказывают существенное влияние как на качество хлеба и хлебобулочных изделий, так и на их выход, т.е. на рациональность использования [5, 19, 75]. Количество образующихся отходов зависит от аппаратурно-технологического оформления предприятий [137, 138, 161]. Таким образом, при анализе использования технологического сырья и разработке природоохранных мероприятий в деятельности предприятий хлебопекарной промышленности необходимо изучение факторов, обусловливающих закономерность взаимосвязи и взаимодействия между количественно-качественными характеристиками сырья, совокупностью воздействий (химических, биохимических, термических, механических, микробиологических и ряда других) и реакций на эти взаимодействия полуфабрикатов и готовых изделий, способствующих снижению количества образующихся отходов.
Вышеизложенное предопределило методологию изучения проблемы комплексной оценки влияния хлебопекарных предприятий на компоненты окружающей среды с позиций системного подхода, использование которого при изучении объектов, отличающихся сложностью организации, неопределенностью состояния и непредсказуемостью поведения стало традиционным [62]. С точки зрения детального изучения предпочтительным представляется определение процесса производства хлеба и сопряженного с ним потребления ресурсов и образования отходов как системы Е, описываемой по аналогии с Р. Кал-маном (формула 3.1) [66].
Предпочтительность представления процесса как системы 2 определяется тем обстоятельством, что используемые системные понятия «вход», «выход», «время», «состояние», «класс функций», «связь» легко интерпретируются как в терминах, характеризующих технологический процесс и совокупность показателей качества сырья (содержание сырой клейковины, сила муки,), полуфабрикатов (упругость теста, разжижение теста по фаринографу, валоримет-рическая оценка), готовых изделий (объемный выход хлеба, общая хлебопекарная оценка), количественных и качественных характеристик образующихся отходов так и в математических объектах его реализации.
Под «входом» X - правомочно понимать множество характеристик которыми описывается воздействие на процесс производства хлеба со стороны внешней среды, и множество характеристик Х2, которыми описывается объект с точки зрения присущих ему внутренних свойств (формула 3.2)
Под «выходом» G естественно подразумевать совокупность характеристик, определяющих как количественно-качественные характеристики готовых изделий, так и образующихся отходов.
Под «временем» В понимаем обычную временную величину, используемую для характеристики технологического процесса и идентификации состояния объектов во времени.
Под «состоянием» S будем понимать состояние объектов в процессе производства (исследований), под действием протекающих процессов, в зависимости от приложенных воздействий (механических, термических и т.д.) и аппаратурно-технологического оформления процесса производства хлеба.
В качестве «класса функций» Q будем учитывать зависимость между характеристиками системы, описывающихся многочленами.
Жизненный цикл продукции хлебопекарного производства
В настоящее время стало невозможным оценивать качество сельскохозяйственной продукции и производных ее отходов без учета воздействий на экологическую обстановку как для человека, так и окружающих его живых существ. Трансформация зерновых ресурсов в основном направлена на выработку муки для нужд хлебопекарной промышленности. Как основной продукт переработки зерна мука переходит на следующий технологический этап - производство зерномучной продукции.
Материальный баланс является в самой простой форме сборкой всех материалов которые поступают в определенное время в систему и выходят из нее. Для каждого баланса должны устанавливаться сначала границы, т.е. определено, как система будет представлена. Необходимо представлять на стороне ввода информации баланса все материалы, поступающие в систему, а на стороне вывода - что покидает ее в сопоставимых физических единицах.
Стадии технологического процесса для проведения материального баланса выделяли в соответствии с принципиальной схемой организации и ведения технологического процесса на хлебозаводах: прием, хранение и подготовка сырья, тестоприготовление, выпечка, экспедиция и доставка продукции, продажа продукции [7, 35, 150].
Приведены результаты материального баланса, осуществленного в результате экспериментальных исследований и анализа внутренней статистической отчетности для основных производителей хлебопекарной продукции в г. Оренбурге. На стадии доставки, хранения, подготовки сырья выделяли следующие основные входящие материальные потоки: сырье - фасованное сырье, вспомогательные средства (приложение Ж), вода (1) - для приготовления жидких дрожжей, растворения соли и сахара, вода (2) - предназначенная для технических нужд (мойка и дезинфекция помещений, оборудования). Вода на хозяйственно-бытовые нужды содержит в себе расход воды на мойку и дезинфекцию помещений, оборудования, автомобилей и разделена на равные части между стадиями производства: подготовка сырья, тестоприготовление, выпечка, экспедиция.
Потребление жидкого топлива (бензин и дизельное топливо) разделено на равные части между доставкой сырья и транспортировкой готовой продукции, так как на хлебопекарных предприятиях отсутствует четкое разделение расходов на горюче-смазочные материалы.
Фактический расход сырья на выработку хлебопекарной продукции стандартного качества отличался от планового. Отношение планового расхода сырья к фактическому составило величину 1,03 для ОАО «Оренбургский хлеб», 1,025 для ГУП «Хлебозавод №2», 1,06 для Хлебозавода №3, 1,012 для ОАО «Оренбургский хлебокомбинат». Основными причинами превышения норм расхода основного и дополнительного сырья на анализируемых предприятиях являются использование муки с низкими хлебопекарными достоинствами, значительное количество бракованного и возвращенного из торговой сети хлеба и его повторная переработка.
