169925 (Стадии жизненного цикла и оценка их влияния на уровень загрязнения окружающей природной среды)

1. Стадии жизненного цикла и оценка их влияния на уровень загрязнения окружающей природной среды

Жизненный цикл (полный жизненный цикл - ПЖЦ) – последовательность взаимосвязанных составляющих продукционной системы, начиная с процесса добычи сырья или воспроизводства природных ресурсов до конечной стадии – удаления отходов.

Стадии жизненного цикла – совокупность единичных процессов, объединенных по какому – либо принципу (например, обычно выделяют стадии производства, эксплуатации, утилизации и др.).

В соответствии с определенными на первом этапе оценки по ПЖЦ целью и сферой проводят инвентаризационный анализ входных и выходных потоков для единичных процессов и продукционной системы в целом.

Перед тем как описывать процедуру проведения инвентаризации необходимо более подробно рассмотреть основные понятия, используемые на этом этапе оценки ПЖЦ:

а) продукционная система;

б) единичный процесс;

в) категория данных;

г) модель продукционной системы.

Продукционная система - совокупность материально и энергетически взаимосвязанных единичных процессов, реализующих одну или более определенных функций. На рисунке представлен пример схемы продукционной системы. Описание продукционной системы включает единичные процессы, элементарные потоки (материалов и энергии) и потоки продукции, которые пересекают границы системы, а также потоки промежуточных продуктов внутри системы. Основной характеристикой продукционной системы является ее функция (назначение), в то же время система не может характеризоваться исключительно конечной продукцией.

Продукционная система подразделяется на несколько единичных процессов. Единичный процесс - наименьшая часть продукционной системы, используемая в качестве самостоятельной функциональной единицы, при проведении оценки по ПЖЦ. Единичные процессы связаны: друг с другом элементарными потоками промежуточных продуктов и (или) отходов, проходящих последующую переработку; с другими продукционными системами потоками продукции; с окружающей средой элементарными потоками сырья, энергии, выбросов, сбросов, отходов.

Каждый единичный процесс является физико-химическим процессом, поэтому должен подчинятся законам сохранения массы и энергии. Проверка баланса масс и энергий является полезным способом оценки правильности и полноты собранных инвентаризационных данных.

Категории данных. Собранные в процессе инвентаризации данные о единичных процессах и продукционной системе описывают входные и выходные потоки. Основными категориями, на которые их можно подразделить, являются: входные потоки энергии, сырьевых материалов, потоки вспомогательных материалов, другие входные потоки; потоки продукции; выходные потоки: выбросы в воздух, сбросы в воду, твердые отходы, другие потоки в окружающую среду.

Внутри приведенных выше категорий целесообразно выделять подкатегории, так, например, если описывают выбросы в воздух, то можно выделить такие подкатегории, как выбросы диоксида углерода, оксидов азота, углеводородов, пыли и т.п. (рис. 1).

Рис. 1 - Пример цепочки единичных процессов внутри продукционной системы (по ISO14041)

Модель продукционной системы. Для проведения инвентаризации создают модель продукционной системы, которая однозначно описывает взаимосвязи между единичными процессами и между продукционной системой и окружающей средой. Как правило, модель не охватывает всех возможных существующих в реальной жизни взаимосвязей, но описывает все существенные для рассматриваемой системы связи. Вопрос о том, что должно быть включено в модель, решается на основании поставленной цели и сферы исследования. Модель является необходимым компонентом инвентаризационного анализа, она помогает четко представить функционирование продукционной системы и объем данных, которые необходимо будет собрать и обработать.

Для более четкого представления о приведенных выше понятиях дан пример схемы продукционной системы производства стали.

Инвентаризация - этап оценки по ПЖЦ, на котором рассматривают следующие вопросы:

- сбор данных и проведение расчетов;

- определение границ продукционной системы;

- оценка достоверности данных;

- связь данных с функциональной единицей;

- распределение данных.

Данные, полученные на этапе проведения инвентаризации, являются исходными для оценки воздействия на окружающую среду на протяжении жизненного цикла и последующей интерпретации результатов оценки (рис. 2).

Рис. 2 - Схема продукционной системы производства стали

Распределение данных и рециклирование материалов. Инвентаризация при оценке ПЖЦ связывает единичные процессы в продукционную систему с помощью элементарных материальных и энергетических потоков. В реальной жизни лишь немногие производственные процессы имеют единственный входной поток и взаимосвязь между входным и выходным потоками может быть описана линейной зависимостью. Большинство продукционных систем производят несколько конечных продуктов, кроме того, в этих системах часть отходов или бракованной продукции рециклируется, то есть используется в качестве сырья. Таким образом необходимо распределять потоки материалов и энергии, а также выбросы в окружающую среду между несколькими конечными продуктами в соответствии с четко определенными правилами.

Поскольку инвентаризация основана на учете материального баланса между входными и выходными потоками, то процедура распределения должна учитывать взаимосвязи входа и выхода и их характеристики. При распределении используют следующие принципы:

- в ходе оценки необходимо идентифицировать единичные процессы, которые задействованы в нескольких продукционных системах, и в дальнейшем действовать в отношении к ним в соответствии с процедурой, описанной ниже;

- сумма распределенных входных и выходных потоков (например, баланс масс) для единичного процесса должна быть равна сумме входных и выходных потоков этого процесса до распределения;

- если существует несколько альтернативных вариантов распределения процессов, то необходимо обосновать выбор варианта путем проведения анализа чувствительности.

Перед тем, как перейти к дальнейшему изложению материала необходимо отметить, что существует несколько вариантов переработки отходов. Эти варианты подразделяют на:

- рециклирование - получение сырьевых материалов из выходного потока продукционной системы или единичного процесса;

- повторное использование (утилизацию) - когда детали и узлы после чистки, проверки и ремонта или восстановления снова используются в виде запасных частей;

- регенерацию энергии - сжигание отходов с целью получения тепловой или электрической энергии.

Описанные принципы распределения данных также применяются для случаев, когда в продукционной системе есть процессы повторного использования и рециклирования. Однако такие ситуации требуют дополнительного внимания так как:

- повторное использование и рециклирование подразумевает, что входные и выходные потоки, связанные с добычей и переработкой сырья и окончательным захоронением отходов, должны быть разделены между несколькими продукционными системами;

- повторное использование и рециклирование материалов может изменять их характеристики;

- особое внимание должно быть уделено определению границ продукционной системы в случае регенерации энергии (например, получения энергии сжиганием отходов).

- В случае повторного использования и рециклирования используют две модели: с открытым контуром и с закрытым контуром:

- в случае продукционной системы с закрытым контуром переработка материалов (или продукции) осуществляется внутри системы и распределение данных не нужно, поскольку переработанные (например, рециклированные) материалы частично заменяют сырьевые материалы;

- в случае продукционной системы с открытым контуром переработка материалов (или продукции) осуществляется в другой продукционной системе, тогда распределение данных осуществляется в соответствии с процедурой, изложенной выше на основе физических свойств материалов, их экономической оценки (например, стоимости), количества возможных циклов переработки (рис. 3).

а) закрытый контур б) открытый контур

Рис. 3 - Примеры продукционных систем с рециклированием материалов

Оценка воздействия на окружающую среду за полный жизненный цикл.

Этап оценки воздействий направлен на определение значимости потенциальных воздействий на окружающую среду по результатам инвентаризационного анализа стадий жизненного цикла. В широком смысле этот процесс включает в себя увязывание между собой инвентаризационных данных с конкретными воздействиями на окружающую среду и попытку осмыслить эти воздействия. Уровень детализации, выбор оцениваемых воздействий и применяемые методологии зависят от цели и сферы проводимой оценки.

1. Оценка воздействия может включать в себя итерационный процесс пересмотра цели и сферы исследования, с тем чтобы определить, достигнуты ли цели исследования или следует изменить цель и сферу, если оценка показывает, что они не могут быть достигнуты.

При оценке воздействия на окружающую среду рассматривают следующие вопросы:

• - определение категорий воздействия;

• - классификация данных;

• - характеризация данных;

• - нормализация данных;

• - оценка значимости.

Определение категорий. Существуют различные категории для оценки воздействия на окружающую среду. Выбор категорий должен быть согласован с целью и сферой исследования. Этот выбор не должен использоваться для того, чтобы избегать или скрывать экологические проблемы или интересы. Полнота и степень рассмотрения зависит от цели и сферы.

При выборе категорий воздействия должны быть рассмотрены следующие вопросы:

• - полнота - все экологические проблемы, относящиеся к исследуемому вопросу, должны быть рассмотрены в списке;

• - практичность - перечень не должен содержать слишком много категорий;

• - независимость - должен быть исключен двойной учет путем выбора взаимонезависимых категорий воздействия;

• - связь с этапом характеризации - выбранные категории воздействия должны быть связаны с доступным методом их последующей характеризации.

• Выделяют следующие основные категории воздействий:

• - воздействие на абиотические ресурсы (ископаемые топлива, минеральные руды, водоносные горизонты, глина, торф, гравий, воздух, солнечная энергия, океанические течения);

• - воздействие на биотические ресурсы (фауна и флора);

• - использование земли (земля, как ресурс для производства пищи; земля как часть экосистем);

• - глобальное потепление (возникновение парникового эффекта из-за повышенного выброса в атмосферу газов - диоксида углерода, метана, оксидов азота, хлорфторуглеродов и др.);

• - разрушение озонового слоя (разрушение озона под действием хлора, содержащегося в хлорфторуглеродах и пр.);

• - экотоксикологические воздействия (негативное воздействие загрязнения окружающей среды на экосистемы, приводящее к гибели растений и животных, снижению биоразнообразия, деградации экосистем);

• - воздействие токсикантов на человека (воздействие загрязняющих веществ на здоровье человека);

• - образование фотохимических оксидантов (образование озона в приземном слое при фотохимическом разложении летучих органических соединений в присутствии оксидов азота, более известное как образование фотохимического смога);

• - образование кислотных осадков (вызвано выбросом в атмосферу диоксида серы, оксидов азота и других газов, способствующих образованию кислот в атмосфере) способствует разрушению зданий и сооружений, коррозии металлов, закислению почвы и воды;

• - перенасыщение питательными веществами окружающей среды (повышенное содержание азота и фосфора в водных и наземных экосистемах, в водоемах, что ведет к повышенному росту водорослей и истощению запаса кислорода в воде);

• - ухудшение условий в рабочей зоне (загрязненность воздуха токсичными веществами, температура, шум, монотонная работа и т. п., которые ведут к возникновению различных профессиональных заболеваний).

Классификация нацелена на то, чтобы отнести входные и выходные потоки к категориям воздействия. Такая классификация данных инвентаризации является простейшим или минимальным уровнем оценки воздействия. На этой стадии подразумевается предположение «меньше – лучше» и исключаются некоторые важные соображения, такие как различия в потенциале или экологической силе действия (например, когда одинаковый уровень выбросов различных веществ вызывает негативные воздействия на окружающую среду различной силы).