Введение к работе
Актуальность темы. Идея экоразвития предполагает гармоническое сосуществование природы и человека. Однако для поддержания равновесия требуются удовлетворительные знания функционирования природных систем в условиях различных форм активной хозяйственной деятельности. Промышленность в ряду негативных видов антропопрессии на окружающую среду занимает ведущее место, что обусловлено извлечением ресурсов земли и распространением новых продуктов в виде различного рода отходов. Эти воздействия нарушают, а нередко, прерывают жизнедеятельность организмов, что приводит к дисгармонии экосистемы и, в конечном счете, к ее деградации.
Высокое качество кожевенной продукции, которое настойчиво внедряется вместе с импортными технологиями, сопровождается предложением широкого ассортимента вспомогательных химических материалов. Эти технологии энергоемки и требуют потребления большого количества воды, что влечет за собой напряженную работу очистных сооружений, а, иногда делает их работу неэффективной, из-за неизученности состава и влияния предлагаемых продуктов на процессы очистки и окружающую среду.
Многочисленные технические разработки, имеющие целью поправить ситуацию, отличаются субъективным подходом и носят фрагментарный характер, а к применяемым технологиям предъявляются недостаточные требования. Эта, к сожалению, негативная, но реальная и устойчивая тенденция требовала обобщений и методического подхода при изучении проблемы, а также разработки аппарата для комплексной оценки химических материалов и оптимизации технологий в соответствии с требованиями времени. Цель диссертации. На примере химической технологии кожи изучить механизм и вскрыть причины усугубления разбалансиро-ванности экосистемы и тормозящие приведение ее в оптимальное состояние. Разработать и предложить методический подход к сравнительной оценке химических материалов и технологий по комплексу проэкологических показателей.
Для достижения целей диссертации в работе решаются следующие исследовательские задачи:
определить основные факторы технологии кожи, оказы-їающие негативное воздействие на окружающую среду, включая их
значимость;
рассмотреть и критически проанализировать требования и технические разработки по экологическим проблемам производства кожи;
разработать методический подход к объективной оценке химических материалов и технологии основных физико-химических процессов производства кожи;
изучить механизм биодеградации и уточнить методы ее определения, включая скорость биодеградации;
разработать алгоритм компьютерной программы, позволяющей оценить влияние химических технологий на окружающую среду;
разработать оптимальную схему химической технологии кожи для верха обуви и экспериментальным методом проверить элементы предложенной модели.
Методология и методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось аналитически, путем обобщения и синтеза научно-технической информации и экспериментальных исследований. Были использованы современные общепринятые традиционные в изучении процессов химической технологии кожи и охраны окружающей среды методы исследования, описанные III главе диссертации. Наряду с этим применялся специфический комплекс методов исследования, Е том числе разработанные методы оценки проэкологических характеристик химических материалов, стоков и технологий. Для обработка экспериментальных данных были использованы методы экспертные оценок, теории вероятности, математической статистики и разрабо тайная нами компьютерная программа.
Исследования проводили с позиции общеметодологическогс системного подхода. Исследования проводились в три этапа:
изучение свойств применяемых химических материалов свойств стоков и отходов кожевенной промышленности, изучение механизмов биодеградации;
разработка методов проэкологической оценки химически: материалов и технологических процессов, моделирование и опти мизация химической технологии кожи;
экспериментальная и производственная проверка методо: оценки и оптимизированных технологических процессов.
Экспериментальная база. Основная научно-исследовательская работа осуществлялась в лабораториях: кафедры технологии кожи, искусственных материалов и резины, кафедры охраны окружающей среды Радомского политехнического института, кафедры технологии кожи и меха Московской государственной академии легкой промышленности, 10 кожевенных предприятиях Радомской области (всего в области 850 мелких, 1 крупное предприятие). Исследования, изложенные в диссертации, велись на основе региональных, государственных и международных программ с участием Центральной обувной лаборатории в Кракове, кожевенных заводов Польской палаты кожевенной промышленности, городской очистной станции в Радоме.
Работа выполнена на основе договора о научно-методическом сотрудничестве между Радомским политехническом институтом (Республика Польша) и Московской государственной академии легкой промышленности. Автор защищает:
идею о необходимости изменения стратегии производства от MAXIMUM до OPTIMUM для приведения экосистемы в равновесие; при оптимизации производства предлагается учитывать его приспособливаемость к функционированию окружающей среды;
теоретическую интерпретацию и практическую аргументацию опытов, подтверждающих возможность достижения высокого качества кожевенной продукции и стабилизации технологических процессов при рекуперации основных и вспомогательных химических материалов и включении отработанных растворов в замкнутую систему;
научный подход к выбору химических материалов и технологических приемов, оказывающих влияние на эффективность производства кожи и обработки отходов;
идею о необходимости приведения в соответствие и взаимозависимость технологий производства кожи и методов очистки технологических стоков.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
разработан комплексный метод экологической оценки ис
пользуемых химических материалов и технологий производства
кожи;
выявлено влияние основных характеристик химических материалов на состав и свойства сточных вод и отходов;
экспериментальные данные по потенциальной биодеградации и токсичности отработанных рабочих растворов кожевенного производства позволили выявить и классифицировать;
основные белки шкуры и их аминокислоты по степени их дегра-дируемости;
танниды по степени функциональности и гидрофильности фе-нольных соединений;
основные и вспомогательные химические материалы к действию анаэробных микроорганизмов по степени выделения вредных субстанций;
токсичность индивидуальных веществ в сопоставлении с их смесями при одинаковой ионной силе;
разработан метод оптимизации технологии производства кожи, обеспечивающий минимальное воздействие на окружающую среду при получении высококачественных кож. Практическая значимость исследования заключается в полной реализации его результатов на заводах кожевенной промышленности:
определен методический подход к разработке комплексной оценки технологий по проэкологическим показателям;
на основе научного анализа и математического моделирования выбранных параметров ХПК, БПК5 (20С), БПКго (20С) показана возможность:
оценивать предлагаемые новые химические материалы и технологии на основе их влияние на процессы очистки и окружающую среду;
выявлять и оценивать наиболее вредные процессы;
судить о возможности и скорости биодеградации составляющих производственных стоков;
подбирать соответствующие биохимические способы обезвреживания стоков и, тем самим, повышать эффективность работы очистных сооружений;
предложен алгоритм авторской компьютерной программы „Моделирование технологии - Выбор", позволяющей оценить возможности той или иной технологии в отношении ее воздействия на окружающую среду;
разработана схема оптимизированного производства кожи, предусматривающая рекуперацию технологических отходов;
математическое моделирование, проведенное на примере химической технологии мягких кож, рекомендовано к применению в проэкологической экспертизе иных производств. Апробация работы. Концептуальное развитие исследований в выбранном направлении одобрено кафедрой технологии кожи и меха и принято Диссертационным советом МГАЛП. Ход исследований и результаты работы поэтапно сообщались на научных семинарах кафедр Академии и Радомского политехнического института.
Отдельные ключевые фрагменты докладывались на конференциях кожевников и специалистов по охране окружающей среды в России, Республике Польше и других странах: Zjazd Naukowy PTChem і SITPChem, Katowice, октябрь 1983; Konferencja „Eko-Gum", Warszawa, ноябрь 1993; Konferencja „Chromium in the Environment", Radom, май 1994; International Kongres Biotechnologue, Nice, февраль 1995; Konferencja „Polimery, srodowisko, recykling", Szczecin-Mi?dzyzdroje, сентябрь 1995; Conference „Technology toward the 21 st Century" IRC-95, Kobe (Japonia), октябрь 1995; Международная научная конференция „Современные проблемы текстильной и легкой промышленности", РЗИТЛП, Москва, май 1996; Konferencja „Zagospodarowanie odpadow przemyslu skorzanego і mleczarskiego", Radom, декабрь 1996; Konferencja „Agenda 21", Jedlnia-Radom, май 1997.
Результаты работы были апробированы в ходе реализации, оценки и утверждения итогов региональных, государственных и международных программ: общепольского пилотажного проекта действий по охране окружающей среды в Радоме, разработанного с участием Института экоразвития Vermont (США), проекта 7S 205 011.07 Комитета по научным исследованиям Польши „Комплексное использование промышленных кожевенных отходов", в котором автор возглавил научно-исследовательскую группу.
Практические результаты исследования приняты и использованы при реструктуризации производства и оптимизации технологии Радомского кожевенного завода и заводов Польской палаты кожевенной промышленности.
Научные основы и выдвинутые предложения по совершенствованию образования внедрены в учебно-воспитательный процесс при подготовке кадров для кожевенной промышленности в средних и высших учебных заведениях Польши.
Публикации. По теме диссертационного исследования автором опубликовано 51 работу (всего 56), в том числе 5 книг, 23 статьи, 17 докладов, 6 методических пособий. На русском и других языках -17 работ, на польском языке - 34 работы.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из общей характеристики исследования, девяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 218 страницах, содержит: 32 рисунков, 31 таблиц, список используемой литературы 219 наименований. Каждая глава заканчивается заключением.
В приложении содержится описание компьютерной программы и дискета, на которой зарегистрирована авторская версия компьютерной программы „Моделирование технологии - Выбор"; справки и акты внедрения, практической апробации результатов работы.
