Физика в решении проблемы утилизации мусорных отходов | Статья в журнале «Юный ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Общественно значимое исследование Высокая практическая значимость Высокая научная новизна Актуальная тема исследования

Рубрика: Физика

Опубликовано в Юный учёный №1 (42) январь 2021 г.

Дата публикации: 13.12.2020

Статья просмотрена: 17 раз

Библиографическое описание:

Шевченко, Г. А. Физика в решении проблемы утилизации мусорных отходов / Г. А. Шевченко, А. Н. Воловик. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2021. — № 1 (42). — С. 31-34. — URL: https://moluch.ru/young/archive/42/2234/ (дата обращения: 28.02.2021).



Актуальность

В настоящее время проблема загрязнения окружающей среды является одной из наиболее актуальных проблем. Ежегодно в мире отмечается прирост объема органических, коммунальных и химических отходов, а также отходов органического происхождения. Загрязнение окружающей среды наносит непоправимый ущерб и ставит под угрозу не только существование отдельных представителей флоры и фауны планеты– под угрозой будущее всего человечества.

Цель работы

Выявить проблемы утилизации и переработки мусора.

Задачи работы

  1. Изучить различные источники информации, расширить знания по экологии;
  2. Освоить новые формы и методы исследовательской деятельности;
  3. Рассмотреть область возможного применения вторичного сырья для бытовых целей;
  4. Расширить познавательные интересы, инициативность и любознательность;
  5. Формировать у учащихся осознание ответственности человека за экологическое состояние природы.

Предмет исследования: бытовые отходы, проблемы утилизации мусора, возможность вторичного использования и переработки.

Этапы работы над проектом

– Провести обзор письменных источников, свидетельствующих о загрязнении окружающей среды свалками.

– Изучить виды и состав бытового мусора. Изучить способы переработки бытовых отходов проанализировать их пользу и определить необходимые мероприятия по их улучшению.

История мусора

Мусор входит в категорию отходов человеческой деятельности и начинает свою историю с момента возникновения человечества. Первые упоминания о централизованных свалках датированы третьим тысячелетием до нашей эры. Первые свалки были созданы на острове Крит и представляли собой заполненные мусором и присыпанные сверху землей ямы. В Древнем Риме, наряду с местами хранения мусора, также существовали водопровод и система канализации. что Вопросам охраны окружающей среды от результатов деятельности человечества стали уделять более пристальное внимание лишь в средние века. Проблема стала довольно остро, поскольку в период Средневековья в большинстве развитых стран мытье считали опасным для жизни и здоровья, а население крупных городов Европы воспринимало выброс мусора на улицу нормальным, привычным явлением. Городские улицы были погребены под слоем нечистот и пищевых отходов; горожане справляли нужду прямо на улице, из окон под ноги прохожим выливали различные отходы, в том числе и содержимое ночных горшков. Именно это стало причиной появления широкополых шляп, призванных защищать своих владельцев от мусора, который мог упасть сверху. Подобное отношение к окружающей среде стало причиной возникновения и распространения различных заболеваний. Эпидемии помогли обратить внимание человечества на возникшую проблему. Так, к концу XVIII в. в медицине сформировалось такое направление, как гигиена. Данный период можно назвать одним из переломных моментов в истории человечества — возникло презрительное отношение к грязи и мусору, улицы городов стали очищать, стали возникать массовые мусорные свалки.

Попытки организовать процесс централизованной утилизации отходов первые были предприняты в XIX в. в Вене. Городские власти выплачивали горожанам определенное вознаграждение за сжигание мусора. Следующим значимым этапом в истории мусора стало изобретение и выпуск в массовое производство в 1855 г. пластика. В начале XX в. создалось впечатление, что проблемы защиты окружающей среды от мусора решены — были организованы централизованные места хранения мусора, системы канализации. Однако с появлением пластика выделился новый вид отходов-химические. Далее начался массовый вывоз отходов из Европы в страны третьего мира, преимущественно в Африку. Вот так мусор за три столетия заселил практически всю планету.

В современной России дела с мусорными отходами обстоят печально. Огромное количество свалок и мусорных полигонов расположены по всей территории нашей страны. По статистике, на один мегаполис можно найти 5–12 крупных свалок. За последние 80 лет количество отходов в России перешло такую черту, что подвергнуть их все утилизации практических невозможно.

Загрязнение планеты как источник ряда экологических проблем

Преобладающее большинство природных ресурсов в виде отходов возвращается в окружающую среду. При этом следует акцентировать внимание на том, что данные отходы в большинстве случаев являются токсичными. Существующие в настоящее время в стране системы не справляются с объемами отходов, которые формируются в процессе реализации деятельности различных промышленных объектов. Очевидно, что оказывает негативное влияние на состояние окружающей среды и поведение населения страны.

В России большую часть промышленных отходов хранят на полигонах, свалках, хвосто- и шламохранилищах, терриконах, отвалах и прочих видах накопителей. В стране на сегодня насчитывается огромное количество подобных полигонов. Для них отчуждаются обширные земельные участки. Однако серьезной проблемой является то, что большая часть накопителей не оборудована должным образом, что приводит к выбросам вредных веществ в окружающую среду. Свалки и полигоны с отходами приводят к загрязнению атмосферы, поверхностных водоемов и подземных вод, что наносит значительный вред сельскому хозяйству и влечет за собой убытки. Помимо этого, загрязнение окружающей среды приводит к сбоям в функционировании экосистем и изменению климата на планете.

Очевидно, что данная проблема, связанная непосредственно с процессами производства и потреблениями, пока не имеет действенного решения и продолжается нарастать. Представляется, что в ближайшем будущем данная проблема только усугубится, поскольку урбанизация и стремительный прирост населения неизбежно приведут к росту глобальной конкуренции за ресурсы. При этом обострение ситуации предполагается в ближайшие десятилетия.

Одним из довольно значимых факторов, усугубляющих проблему загрязнения окружающей среды, являются последствия совершенствования технологического прогресса, вследствие которого человечество производит больше химических отходов, которые либо не разлагаются в природе, либо имеют длительный период разложения.

Разделение мусора по физическим свойствам и классу опасности

Сортировка отходов играет одну из ведущих ролей в процессе их переработки и позволяет обеспечить безопасность и качество обработанного сырья. Основные характеристик сортировки отходов: жаропрочность, электропроводность, магнитная восприимчивость, поверхностные оптические характеристики, хрупкость, вязкость, форма, размер, блеск, цвет, плотность и ряд иных качеств.

Физические свойства материалов можно направленно изменять. Так, например, на поверхностные характеристики можно воздействовать химическим способом, а электропроводность можно изменить путем сушки или окисления. Магнитные свойства материалов изменяются также при окислении, а размеры и форма при вакуумировании. Совокупность наиболее распространенных методов подготовки твердых отходов к переработке представлена на схеме ниже:

Методы и технологии решения проблем, связанных с переработкой мусорных отходов

В условиях недостатка ресурсов особенно актуальна разработка эффективных технологий переработки отходов, что позволяет получить недорогие материалы и снизить количество мусора в хранилищах. Современные технологии дают возможность переработки и повторного использования битого кирпича, арматурной стали, бетонных и железобетонных конструкций.

Учёными из Кызылорды были разработаны технологии утилизации растительных отходов. Ученые предложили использовать в строительной отрасли отходы, образующиеся в результате выращивания риса. В Приаралье ежегодно осуществляется сбор 400 тысяч тонн этого злакового, из которых порядка 10 % составляют производственные отходы. Рисовая шелуха является базовым компонентом арболита (легкого бетона). Помимо этого, современными учеными был разработан способ преобразования токсичных отходов, в частности нефтешламов, в высокоэффективное энергосырьё. Представляется целесообразным внедрение данной технологии в процесс производства строительных материалов. В процессе переработки растительных отходов важную роль играет подготовка сырья. Для подготовки применяется методика расщепления структуры используемого природного сырья (автогидролиз).

В настоящее время автогидролиз является одним из самых эффективных, экологически безопасных и недорогих способов переработки растительного сырья. Процесс осуществляется следующим образом: измельченное сырьё нагревается под воздействием высокого давления в течение нескольких секунд, иногда минут, после чего давление резко снижается. В результате происходит взрыв, разрушающий структуру сырья. Метод взрывного автогидролиза позволяет получить гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин из древесины. Метод признан одним из наиболее экологически безопасных, поскольку исключено действие химических веществ. Кроме того, применяется данная технология не только для обработки древесины, но и для переработки сельскохозяйственного сырья.

Каталитический пиролиз — совместная разработка компании CMG и ведущих ученых. Уникальная технология переработки твердых отходов позволяет исключить из процесса процедуру сжигания мусора. Метод был запатентован в 2015 году и позволяет без тщательной сортировки практически полностью перерабатывать накапливаемые на закрытых полигонах твердые отходы. В дальнейшем из них производится качественное вторсырьё и товары.

В рамках данного исследования целесообразно отметить совместную разработку ученых из Екатеринбурга и Тюмени. Это автоматизированный биоэнергетический комплекс по переработке твёрдых и жидких отходов, позволяющий выделить из отсортированного твёрдого мусора органические отходы, подаваемые в специальные анаэробные реакторы вместе с канализационными стоками. В процессе сбраживания отходов выделяет биогаз, применяемый с целью производства электро- и теплоэнергии. Получаемая в результате сбраживания масса применяется как эффективное органическое удобрение.

Одной их важных задач в сфере переработки отходов является обработка отходов, содержащих нефть. С этой целью применяется метод пиролиза нефтесодержащих отходов с ТБО (твердыми бытовыми отходами). Металлосодержащие отходы сталепрокатного производства и черной металлургии перерабатываются под давлением. Шлак теплоэлектростанций и высококальциевая зола после переработки используются при изготовлении силикатного кирпича.

Кроме того, новейшие технологии позволяют даже сжигать мусор безопасно для экологической среды и здоровья граждан. Кроме того, образующаяся при сжигании зола является источником металла, после извлечения которого она может быть успешно переработана в различные строительные материалы (искусственный песок и т. д.).

Так, в 1989 году в Вене был построен завод по переработке мусора Шпителлау, который работает безопасно для окружающей среды и утилизирует свыше 260 тысяч тонн мусора в месяц.

Рост количества производственных отходов побуждает ученых искать новые пути их переработки. Разработка и внедрение новых технологий переработки отходов позволяет значительно снизить их количество, экономит ресурсы. Переработанные отходы широко применяются при производстве строительных материалов. Фундаментальные задачи переработки производственных отходов: совершенствование существующих, создание и внедрение новых технологий. Важно искать пути решения задач, связанных с возвращением отходов в производственный процесс. При этом следует уделять достаточное внимание внедрению технологий и современного оборудования, необходимого для извлечения ценных компонентов из отходов на специализированных предприятиях или непосредственно на тех предприятиях, на которых они образуются. Также представляется важным внедрение каскадных схем организации производства в регионах и промышленных зонах, в которых отходы одного производства могут быть сырьём другого производства.

Вывод

В современном мире очень остро стоит проблема утилизации промышленных отходов. Проблема кроется не только в отсутствии оптимального, безопасного и быстрого способа, но и в его экономической эффективности. На сегодняшний день в России отсутствуют механизмы, позволяющие заинтересовать руководителей и персонал промышленных предприятий во внедрении ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий в области обращения с отходами, но идет их активная разработка. Большой проблемой для многих организаций является сортировка образующихся отходов: отсутствие механизмов сортировки, недостаточность мест размещения контейнеров для различных видов отходов. Наличие у крупных предприятий сортировочных станций позволит снизить объемы поступающих на городские полигоны отходов, тем самым положив начало борьбе с многочисленными свалками.

Литература:

  1. CMG recycling solutions. — [Electronicresource]. Accesspoint: http://www.thplastics.co.uk/tag/cmg-recycling-solutions/
  2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2015 году». — М.: Минприроды России; НИА-Природа. — 2016. — 639 с.
  3. 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/
  4. Мусор — проблема физико-химическая. https://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=76


Задать вопрос