Выявлены проблемы, с которыми сталкиваются российские предприятия при переработке отходов производства. Представлен обзор некоторых современных технологий по переработке производственных отходов. Установлено, что технологии переработки отходов производства постоянно развиваются и совершенствуются. Сделан вывод, что многие предприятия стали рассматривать производственные отходы в качестве источников ценных вторичных ресурсов.
Ключевые слова: отходы производства, переработка, экологические проблемы, новейшие технологии, инновационные разработки.
Глобальные системы производства и потребления по-прежнему имеют значительные последствия для окружающей среды и здоровья населения. Большинство используемых природных ресурсов возвращаются в окружающую среду в виде отходов, которые в большинстве случаев являются токсичными. Россия сталкивается с серьёзными экологическими проблемами, связанными с образованием отходов и неадекватным сбором, транспортировкой, обработкой и уничтожением промышленных отходов. Современные системы в нашей стране не могут справиться с объёмами отходов, образующихся в результате деятельности промышленных объектов, и это сказывается на окружающей среде и общественном здравоохранении.
О масштабах заявленной проблемы в очередной раз велась речь в рамках пятого межрегионального круглого стола по координации взаимодействия федеральных органов власти, органов власти субъектов Российской Федерации и бизнеса в области обращения с отходами, который имел место 17 марта 2017 года в Москве.
Общая величина накопленных и учтённых отходов производства и потребления в целом по стране составляла на конец 2015 г. примерно 31,5 млрд тонн. Количество образовавшихся отходов с 2006 г. по 2015 г. возросло на 44 %. Динамика образования отходов производства и потребления в России представлена на рисунке 1.
Рис. 1. Динамика образования отходов производства и потребления в России, млн тонн
Наибольший объём образования отходов приходится на добычу полезных ископаемых: в 2010 г. — 89 %, 2014 г. — 93 % и 2015 г. — 92 %. При этом при добыче топливно-энергетических ресурсов — главным образом, при извлечении из недр и обогащении каменного и бурого угля — образовалось соответственно 59 %, 62 % и 57 % от всех отходов в стране [2, с. 230].
Основную массу отходов отправляют в отвалы, терриконы, шламо-, и хвостохранилища, свалки, полигоны и другие накопители, которых насчитывается очень много. Для этих накопителей отчуждают значительные площади земельных угодий, а также на большей части их не обеспечена надёжная изоляция окружающей среды от загрязнения.
Например, хвостохранилища красного шлама, который образуется при получении алюминия, являются весьма токсичными и опасными, и представляют собой угрозу для окружающей среды и населённых пунктов, которые находятся вблизи. В городе Воскресенск Московской области есть предприятие, которое перерабатывает продукт комбината «Апатит» — апатитовый фосфорсодержащий концентрат — и производит из него минеральное фосфорное удобрение. В процессе переработки образуются отходы — т.н. фосфогипс, который никак не используется, а откладывается в терриконы, хотя является довольно ценной субстанцией. Такая проблема остро стоит у десятка российских предприятий, перерабатывающих апатитовые концентраты. На многих предприятиях содержатся отходы марганцевого производства, который, к слову, в России сейчас довольно дефицитен. Отвалы марганцевых руд и попутных компонентов, содержащих марганец, из которых можно получать металлический марганец, хранятся в виде терриконов. Примечательно, что металлический марганец является очень важным для целого ряда отраслей, при чём не только для металлургии для получения ферромарганца, но и для ряда других товарных продуктов.
Накопление отходов на полигонах и свалках повышает загрязнение атмосферы, почвы, подземных вод и поверхностных водоёмов, нарушает функционирование экосистем, наносит ущерб сельскому хозяйству и строительству (поскольку сопровождается выводом земельных участков из хозяйственного оборота). Кроме того, выбросы свалочного газа оказывают негативное влияние на изменение климата.
Это растущая проблема, связанная непосредственно с процессами производства и потребления. Тем временем глобальные тенденции, такие как рост населения, урбанизация и появляющийся «средний потребительский класс» во многих развивающихся странах, как ожидается, будут способствовать устойчивому росту глобальной конкуренции за ресурсы в ближайшие десятилетия. Проблема ещё более усугубляется последствиями усовершенствованного технологического прогресса, который приводит к выработке большего количества отходов, которые не растворяются. Технологии и экономическая составляющая данного вопроса существенно отличается в странах и в целом обусловлена экономикой конкретной страны и подходом, благодаря которому реализуется процесс переработки отходов производства.
По данным Росприроднадзора, на 01.01.2016 г. общее количество действующих в России лицензий на деятельность в области обращения с отходами (с учётом выданных ранее) составляет 11667 шт. Количество использованных и обезвреженных отходов производства и потребления в целом по стране возросло с 1396 млн т в 2006 г. до 2685 млн т в 2015 г., т. е. увеличение произошло почти в два раза. При этом уровень использования (обезвреживания) отходов производства и потребления по отношению к объёму их образования повысился с 40 % до 53 %. Самые высокие масштабы переработки отходов характерны для вида деятельности «добыча полезных ископаемых». На эту отрасль приходится свыше 90 % всего объёма использованных и обезвреженных отходов. В их составе основную долю занимают вскрышные и вмещающие породы, а также отходы обогащения (включая песок, глины, скальные породы, шламы и т. д.). На втором месте по переработке отходов находятся объекты обрабатывающих производств [2, с. 233].
В настоящее время разрабатываются новые технологии или новые применения давно существующих технологий с целью управления переработки отходов производства. В условиях нехватки ресурсов особую повторная переработка отходов становится источником недорогих стройматериалов. Современные модели оборудования, а также новые эффективные технологии позволяют повторно пускать в промышленный оборот повреждённые или некондиционные железобетонные и бетонные конструкции, арматурную сталь и битый кирпич. Учёные из Кызылорды разработали новые технологии утилизации растительных отходов. Так, отходы рисового производства планируется направлять в строительную отрасль. Ежегодный урожай риса в Приаралье составляет больше 400 тысяч тонн. Около 10 % — производственные отходы. Сегодня рисовая шелуха — один из главных компонентов лёгкого бетона — арболита. Также учёные разработали способ преобразования нефтешламов, которые являются токсичными отходами, в высокоэффективное энергосырьё. Это ноу-хау можно использовать также в производстве строительных материалов.
Также учёными разработаны и другие инновационные способы переработки растительного сырья. Его для более эффективного использования следует предварительно подготовить, расщепив структуру. Предлагается использовать взрывной автогидролиз — процесс, при котором смесь измельченной биомассы с водой сначала нагревают под давлением, а затем резко это давление уменьшают. В результате происходит взрыв, который разрушает структуру древесины, раскладывая её на целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозу. Учёные отмечают, что взрывной автогидролиз является экологически безопасным методом, поскольку не требует применения химических веществ. И хотя в мире эту технологию используют преимущественно при переработке отходов деревообрабатывающей промышленности, этот процесс был приспособлен к переработке сельскохозяйственных отходов.
Для переработки отходов зернопроизводства разработана новейшая методика микробиологической переработки с получением ценной белково-витаминной добавки, что очень ценно ввиду того, что традиционные доя России растительные корма не содержат достаточного количества полноценного белка.
Компания CMG вместе с передовыми учёными разработали уникальную технологию по переработке твёрдых отходов. Новейшие мировые разработки в этой области были собраны в единый комплекс, включающий уникальную технологию каталитического пиролиза. Уникальность данной технологии состоит в том, что сжигание мусора не происходит вообще. Новый запатентованный в 2013 году способ каталитического пиролиза даёт возможность полной, 100 % переработки твёрдых отходов без тщательной сортировки. Из отходов получается ценная товарная продукция высокого качества и вторичное сырьё. На основе способа создаётся утилизационный комплекс нового типа. Технология каталитического пиролиза позволяет переработать отходы, накопленные на действующих и закрытых полигонах по захоронению твёрдых отходов.
Заслуживает внимания инновационная технология комплексной переработки твёрдых промышленных отходов в вихревом воздушно-минеральном потоке, которая базируется на глубоком изучении химического, минерального состава и технологических свойств вторичного сырья, и представляет собой индивидуальное решение для каждого типа твёрдых промышленным отходов с максимальной эффективностью переработки, исключает использование воды и химических реагентов. Примером внедрения технологии может послужить переработка отвальных гематитовых (окисленных) кварцитов и некондиционных железных руд в железорудный концентрат Fe 66–68 %, щебень, сухая охра, сурик, кварцевый песок, сырьё для изготовления цемента и бетона.
В результате комплексной переработки шлаков чёрной и цветной металлургии посредством данной технологии можно получить концентрат золота, свинец, нержавеющую сталь, алюминий, медь, бронзу, металлическое железно.
Преимущества этой технологии состоят в следующем: отсутствие новых отходов, не используется вода, флотационные и другие химические реагенты, наличие мобильного модульного оборудования, производство из отходов высококачественных концентратов чёрных, цветных, драгоценных и редких металлов и современных строительных материалов, короткие сроки внедрения и высокая рентабельность производства, относительная экологическая безопасность производства.
Среди последних разработок — автоматизированный биоэнергетический комплекс по переработке твёрдых и жидких отходов. Из отсортированного твёрдого мусора выделяются органические отходы, которые поступают в специальные анаэробные реакторы вместе с редкими канализационными стоками и там сбраживаются для получения биогаза, который направляется на выработку тепловой и электрической энергии. Освобождённая после брожения масса от метана служит в качестве органических удобрений, которые можно вносить на сельскохозяйственные угодья. Канализационные стоки расщепляются в анаэробном реакторе, в результате чего выделенный метан используется для выработки электроэнергии, а тепло направляется на подогрев теплиц.
Перспективным представляется использование инновационных наукоёмких баромембранных процессов для переработки отходов, формирующихся в сельском хозяйстве [4].
Инновационным решением в области переработки производственных отходов можно назвать электромагнитные аппараты кипящего слоя, принцип работы которого сводится к тому, что на вещество оказывается воздействие сразу трёх явлений: переменного электромагнитного поля, постоянного магнитного поля и механического воздействия. В электромагнитных аппаратах кипящего слоя вещество активируется на электронном уровне, в результате чего материалы изменяются на физико-химическом уровне.
Использование инновационной технологии позволяет эффективно перерабатывать и повторно использовать отходы асфальтобетонных покрытий, регенерировать водоэмульсионные краски, очищать сточные воды от нефтепродуктов, успешно извлекать ценные металлы из отходов руд, ванадий из отработанного шлака металлургического производства, хром — из хромовых руд. Также способы активации металлов в электромагнитных аппаратах кипящего слоя работают при извлечении различных ценных металлов из руд и отходов в присутствии комплексообразователей, флотоагентов или селективных растворителей.
Для переработки нефтесодержащих отходов созданы новейшие технологии по их совместному пиролизу с твёрдыми бытовыми отходами. Для переработки металлосодержащих отходов производств чёрной металлургии и прокатки стального листа эффективными являются процессы обработки материалов давлением.
Из высококальциевой золы и шлака теплоэлектростанций по уже разработанной новой технологической схеме можно изготавливать силикатный кирпич. Примечательно, что схема учитывает неравномерность выхода золы и шлака по времени года, предполагает производство как чисто зольного, так и классического известково-песчаного кирпича, а также кирпича из смешанных золо-известково-песчаных композиций с любыми соотношениями компонентов. В целях утилизации отходов резинового производства, изношенных шин разработаны рецептуры новых материалов, обладающих к тому же высокими эксплуатационными свойствами. Представленные способы модификации битума (с добавлением резиновой крошки) позволяют улучшить свойства асфальтобетона на его основе и могут использоваться при строительстве автомобильных дорог.
ОАО «Ковдорский ГОК» совместно с Кольским научным центром разработали проект по переработке песков из отвалов с использованием мокрой магнитной сепарации. На данном этапе разрабатываются технологии переработки маложелезистых апатитовых руд с целью производства из них железорудных апатитовых концентратов.
Для переработки отходов твёрдых сплавов используют новые технологии в виде вибрационных дробилок, которые дробят сверхпрочные материалы для использования их в технологии порошковой металлургии.
Как видим, перманентность потока производственных отходов и их большие объёмы побуждают учёных рассматривать новые стратегии и инновации в области переработки этих отходов, что позволяет не только значительно уменьшить их количество, но и получить прибыль, а также значительно сэкономить ресурсы.
Производственные отходы, как выяснено, могут находить применение в качестве вторичных ресурсов в различных производствах, в особенности, в производстве строительных материалов, изделий и конструкций.
Основные задачи в сфере переработки производственных отходов должны быть направлены на совершенствование существующих, создание и внедрение новейших технологий. Необходимо разрабатывать и применять меры, направленные на возвращение отходов непосредственно на технологический процессом производства. Также необходимо внедрение технологий и оборудования для извлечения ценных компонентов из отходов на предприятиях, где они образуются, или на специализированных предприятиях. Большое значение имеет внедрение каскадных схем организации производства в промышленных зонах и регионах, где отходы одних предприятий являются сырьём для других.
Литература:
- CMG recycling solutions. — [Electronic resource]. Access point: http://www.thplastics.co.uk/tag/cmg-recycling-solutions/
- Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». — М.: Минприроды России; НИА-Природа. — 2016. — 639 с.
- Лекция члена-корреспондента РАН Л. А. Вайсберга. Утилизация отходов производства и потребления. Часть 2. Производственные отходы.
- Наноутилизация: учёные разработали экономичные технологии утилизации отходов / В. Загоровская // Агротехника и технологии № 1. — 23 января 2017. — [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.agroinvestor.ru/technologies/article/25631-nanoutilizatsiya/
