Доклад новейшие технологии восстановления ресурсов вторичного использования отходов

Обновлено: 02.07.2024

Цель работы: Узнать количество отходов из пластика производимых человеком и предложить методы утилизации такого вида отходов.

Изучить историю возникновения пластика
Собрать необходимую информацию о среднем количестве отходов из пластмассы на человека.
Выявить последствия для флоры и фауны от залежей мусора
Выявить последствия для здоровья человека
Предложить методы решения данной проблемы.

Результат проекта: создание листовки для информации об утилизации бытовых отходов

Выбор темы проекта, подготовка необходимой литературы

Работа над теоретической частью проектной работы

12.09.2019 – 20. 10.2019

Определение структуры теоретической части работы, реализация задач

Готовность теоретической части работы

Реализация цели работы, создание видеоролика

Готовность практической части работы

Исправление недочетов, замечаний научного руководителя

Готовность работы к презентации

28 ноября 2017 г.

Выступление ВОШ по экологии

Материально-техническое обеспечение проекта:

бумага для анкетирования, бутылки для изготовления предметов декора

В современном мире пластик используют практически везде, начиная от упаковочной продукции и до электроники, строительства и текстиля. Пластмассу стали применять вместо стекла, металла, дерева и многих других материалов.

Пластиковые бутылки стали неотъемлемой частью жизни любого человека. Например, сто тысяч человек выбрасывают около двадцати тон пластиковых бутылок. Каждый год объем использованных пластмассовых бутылок увеличивается. В данной ситуации важную роль играет вторичная переработка, при ее отсутствии мир ожидает экологическая катастрофа. После массовых праздников свалки городов пополняются тоннами пластиковых бутылок.

Сбор и переработка пластиковых отходов является приоритетным направлением в развитых мировых государствах. [11]

Актуальность: Жизнь и здоровье человека напрямую связано с окружающей средой. Но человечество не стоит на месте и в нашу жизнь вошел пластик. Из-за большого количества бытовых пластиковых отходов, происходит засорение окружающей среды, что влечет за собой последствия для здоровья и жизни флоры и фауны.

Изучить историю возникновения пластика
Собрать необходимую информацию о среднем количестве отходов из пластмассы на человека.
Выявить последствия для флоры и фауны от залежей мусора
Выявить последствия для здоровья человека
Предложить методы решения данной проблемы.

Историческая справка

В США в 1970 году впервые на рынке появилась пластиковая бутылка Pepsi. В СССР в 1974 году был открыт первый завод по производству лимонада, который выпускался в пластиковых бутылках в Новороссийске. Первые пластиковые бутылки не являлись ПЭТ (полиэтилентерефталат термопластик), первые ПЭТ бутылки появились только через три года. Производство первичного пластика происходит при переработке неочищенной нефти. Термопласты составляют 91 % от всей продукции выпускаемой пластмассы. При нагревании они расплавляются и при охлаждении возвращаются в исходное состояние. Оставшийся процент пластмассы является термоактивной, она более устойчива к механическим и температурным воздействиям. (см. приложение 1)

В современном мире пластиковые бутылки используют различные производители, такие как косметические, газированных напитков, парфюмерные и многие другие, так как у данного продукта низкая себестоимость, упругость, безопасность, легкость, удобная транспортировка и многое другое.

Такие страны как Китай, страны Европы и Северной Америки в настоящее время являются основными производителями пластмасс. Быстрый рост производства наблюдается в азиатских странах. (см. приложение 2) [6]

Известные цифры о количестве пластмассовых бытовых отходов

Ежегодно 4 % (примерно 13 млн т) общего объема производимого пластикового мусора уходит на экспорт за пределы страны, которая его производит. В основном данный экспорт приходится на США, ЕС и Японию. Вместе они продают около 73 % пластикового мусора.

Согласно данным ежегодно человек выбрасывает около 45 кг пластика. 40 % общих пластиковых отходов составляют пластиковые бутылки. В России потребление пластмассового мусора составляет 65-70 кг на человека.

ПЭТ используется для изготовления одноразовой упаковки и очень быстро становится мусором.

Исследователи прогнозируют, что к 2055 году будет перерабатываться до 50% всех отходов из пластмассы. (см. приложение 3)

Примечание. Данные за 2015–2050 гг. рассчитаны на основе предположений: 1) замедляющегося роста пластикового мусора в среднем за год с 5% в 2015 г. до 3% в 2050 г.;

2) ежегодного прироста переработки пластика на 0,7% в год.

2.1. Последствия загрязнения окружающей среды для человека и флоры и фауны

Чтобы понять, как влияет пластмасса на окружающую среду и человека исследователи предлагают применить метод оценки жизненного цикла (LCA). В процессе метода происходит оценка всех этапов производственного процесса от заготовки сырья до обработки материалов, производства, распространения, использования и утилизации. Программа исследования оптимальных путей утилизации отходов предложила квалифицировать степень отрицательного воздействия по категориям:

Воздействие на изменение климата (при производстве чистых полимеров);
Энергопотребление (происходит при переработке нефти, получением мономеров и их синтез в исходный материал. В процессе выделяется большой объем парниковых газов);
Водопотребление;
Истощение абиотических ресурсов;
Закисление среды;
Фотохимическое окисление;
Эвтрофикация и токсичность для человека.

Жизненный цикл разных изделий из пластмассы может отличаться друг от друга, в связи с тем, что для изготовления материалов из пластмассы применяют разные наполнители, придающие ценные свойства (прочность, кислостойкость, теплостойкость и другое). При этом повышается твердость и долговечность, снижается стоимость. Плюс ко всему вводят добавки (пластификаторы, красители, смазки и другое), производители утверждают, что они являются безопасными для флоры и фауны, а также человека.

Но определенные вещества (бисфенол А, бромированные огнестойкие добавки, кадмиевые/бариевые или свинцовые стабилизаторы) могут негативно воздействовать на людей и природу. И многие добавки не разрушаются и не изменяются в процессе механической переработки и устойчивы к высоким температурам. Это усложняет процесс утилизации и вторичного применения изделий из пластмассы.

Пластиковые бутылки скапливаются на планете и уже образовали целые плавающие материки в океанах. Например, в Тихом океане скопление гигантских залежи мусора, основой которых является пластик и нефтепродукты. Находятся они где-то между Японией и западным побережьем США, причем под воздействием течения Эль-Ниньо регулярно смещаются на тысячи километров. В начале августа 2011 из Сан-Франциско к месту так называемой воронки отправились 2 корабля с учеными.

Японский ученый Кацухико Сайдо считает, что разлагаясь, пластмасса выделяет токсические продукты, которые могут вызывать серьезные гормональные нарушения у животных и людей. Но на этом угрозы от пластика не заканчиваются, для производства пластиковых бутылок в США уходит 18 млн баррелей нефти за 1 год. Оказывается, пластиковая бутылка разлагается от 500 лет до 1000 лет.

2.2. Пути решения данной проблемы

Существуют различные пути переработки пластика. Утилизация и переработка пластиковых отходов проводится одним из способов:

Является простейшим методом утилизации полимеров. Он предусматривает термическую нейтрализацию мусора. Преимущества метода – недорогая стоимость. Недостаток в том, что при горении выделяется попутный газ, но эту проблему решили засчет внедрения системы фильтрации продуктов горения;

Гранулирование (распространенный вариант утилизации пластика)

Заключается в механической обработке сырья для производства гранул. Сложный метод, но затраты компенсируются продажей переработанного сырья;

Применение метода происходит на перерабатывающих заводах и станциях. В процессе из пластмассы получают смолы и утрачиваются ценные полимерные свойства материалов. Метод подходит для любых видов полимерной продукции;

Целесообразно применять данный метод для масштабных производственных предприятий. Затратный метод и требует много энергии;

Обработка пластика происходит под действием гликоля и двухатомных спиртов, температурный режим 250 градусов. Преимущества метода в отсутствии предварительной очистки отходов, но полученное сырье непригодно;

Решением проблемы вредности пластика является создание биопластика. Данный материал делится на категории:

Биоразлагаемый пластик;
Пластик на основе возобновляемых источников биомассы (растительные жиры и масла, крахмал или микробиоматерия)

Такой вид пластмасс появился относительно недавно и пока не заместил используемый пластик. Он занимает всего 1 % всего рынка. Только 25% биопластмасс разлагаются. В процессе биоразложения полимерный материал разлагается под действием микроорганизмов в аэробных или анаэробных условиях на диоксид углерода, метан, воду, биомассу и неорганические соединения.

Для микроорганизмов полимеры являются источником энергии и органических соединений. Продукты разложения такого пластика не являются токсичными и встречаются в природе и живых организмах.

В настоящее время нет единых стандартов биоразлагаемого пластика, но есть определенные общие критерии:

Содержание не менее 50% органического материала;
Разложение не менее 90% исходной массы пластика в течение шести месяцев при температуре от -2 до +58 С;

Фрагментация при разложении на части, не превышающие 2 мм;
Отсутствие токсичных соединений в продуктах разложения.

Есть оригинальный способ утилизации пластика. Например использование в качестве декора.

В старших классах МБОУ СОШ №8 было проведено анкетирование, которое показало, что только 30% детей из двух 11-х классов знают о пунктах приема для дальнейшей переработки пластика. И только 3 человека ежемесячно сдают пластик в эти пункты. Эта информация натолкнула на идею создания информационной листовки, в которой бы содержались адреса данных учреждений (приложение 4)

1. Расскажите про утилизацию пластика в вашем доме.

2. Знаете ли вы адреса пунктов приема пластика? Если да, то как часто вы сдаете пластик на утилизацию.

Вторичная обработка пластика необходима для уменьшения объемов вредного его воздействия. Но при утилизации кроме положительных сторон есть и отрицательные. Некоторые методы обработки способствуют к выбросу в окружающую среду вредных веществ, отрицательно влияющих не только на природу, но и человека.

Продукты вторичной переработки также попадают на свалки, при разложении пластмассы происходит выделение токсинов в почву и воздух. Таких отходов очень много и невозможно все утилизировать.

Загрязнение окружающей среды происходит из-за самих людей, которые выбрасывают пластмассу в мусор, а не отдают на переработку. Утилизация отходов из пластика очень распространенная экологическая проблема, так как именно этот материал является большей частью мусора.

В ходе работы была изучена история возникновения пластика, собрана необходимая информация о среднем количестве отходов из пластмассы на человека, выявлены последствия для флоры и фауны и самого человека, а также предложены методы решения данной проблемы.

В ходе работы мы узнали какое количество отходов из пластика производится человеком и были предложены методы утилизации такого вида отходов (сжигание, гранулирование, химический способ, гидролиз
, гликолиз). Но в конце концов ни один способ не избавляет от выброса вредных веществ в окружающую среду. При вторичной обработке все равно полученный продукт попадает на свалку.

Биопластик является решением проблемы вредности пластика, так как при разложении он образует органические вещества, встречающиеся в природе.

Современные технологии переработки отходов позволяют эффективно решать задачи ресурсосбережения и снижать отрицательное воздействие на природу. Распоряжением Правительства РФ № 1589-р от 25.07.2017 г. установлен перечень отходов, которые запрещается захоронять. Так, светодиодные лампы, бумажную упаковку, стеклянную тару необходимо отправлять на переработку. Нарушение порядка обращения с мусором является административным проступком и влечет санкции в виде штрафа по КоАП РФ. Ст. 8.2 предусматривает денежное наказание для должностных лиц в пределах 10 тыс. – 30 тыс. рублей, ИП – 30 тыс. – 50 тыс. рублей, юрлиц – 100 тыс. – 250 тыс. рублей либо приостановку деятельности до 3 месяцев.

К новым технологиям переработки относятся:

вторичная, химическая переработка,
термическое воздействие,
синтез полезных составляющих.

Выбор техники утилизации зависит от категории отработавшего материала.

Методы утилизации и переработки отходов

Вторичная переработка отходов называется рекуперацией. В процессе происходит превращение мусора во вторсырье. Отходы сортируются и отправляются на переработку для получения вторичного ресурса. Способы переработки:

Термическая переработка отходов. Результат – пар, электричество, пиролизное масло и остеклованный шлак, используемый для дальнейшего производства;
Химическая переработка отходов методом гидролиза. При реакции полимерных отходов с водой под воздействием температуры и давления происходит выделение отдельных компонентов, которые пригодны для повторного использования. Метод гликолиза используется для переработки пенополиуретана в целях получения конечного жесткого или эластичного ППУ.

Метод пиролиза используется для переработки пластмассы. В результате получаются различные масла, газы, используемые в качестве топлива и вторсырья.

Оборудование для переработки отходов

Оборудование для переработки и утилизации отходов бывает переносное и стационарное. К мобильным устройствам относятся:

Шредеры. Их используют для измельчения разных видов мусора. Благодаря колесам или гусеницам они легко перемещаются с одного объекта на другой;
Прессы. Предназначены для уменьшения объема отходов;
Компакторы. Ими спрессовывают бумажные, картонные, пластиковые отходы для дальнейшей транспортировки или хранения.

Дробилка. Выполняет функцию шредера, но имеет более крупные габариты и перерабатывает больший объем материала;
Гранулятор. Устройство используется для измельчения и превращения материала в гранулы;
Агломератор. Многофункциональное устройство, которое очищает, измельчает и сушит материал.

Кроме этих установок, при переработке отходов используются прокалыватели пластиковой тары, измельчители бумажных, картонных материалов, разрыватели пакетов.

Перерабатывающие предприятия также применяют специальные мини-заводы, которые сочетают в себе все функции по переработке отходов, включая дробилку, пресс, пиролизную печь.

Из-за стремительного развития промышленных производств человечество встает перед необходимостью использования новых технологий по утилизации отходов. Сегодня в России около 94% мусора просто оставляется на специальных полигонах. В Европе этот показатель тоже оставляет желать лучшего, пусть и является значительно меньшим (40%). Как же можно изменить сложившуюся ситуацию?

Сжигание

Данная сравнительно новая технология в переработке отходов может рассматриваться как достаточно эффективная лишь при соблюдении ряда обязательных условий. Так, для ее реализации понадобится наличие мусоросжигательных заводов, оснащенных по последнему слову техники. На строительство таких предприятий обычно уходит много денег и времени (свыше 5 лет). Перед непосредственным началом процесса мусор должен быть отсортирован. Из общей массы удаляются аккумуляторы, а также металлические и пластиковые составляющие.

Международные исследовательские организации отмечают у этого метода сразу ряд объективных плюсов, а именно:

Сжигание мусора также позволяет не образовывать многокилометровые развалы, к которым с окрестных территорий стягиваются птицы и грызуны – переносчики заразы и вирусов. Однако этот метод требует обязательной утилизации золы в специальные хранилища ввиду того, что, содержащая в себе некоторые примеси тяжелых металлов, диоксинов и ртути, она не может быть просто развеяна или оставлена на земле.

Плазменная переработка

Следующая новая технология по переработке отходов является одним из самых безопасных и инновационных решений, которое можно было найти в данном вопросе. Здесь также используется принцип обработки массы высокими температурами, однако сор доводится не до разложения, а до превращения в газ.

В таком состоянии бывшие предметы перегоняются в пар, благодаря чему получается сразу несколько полезных ресурсов:

электроэнергия;
экологически чистый шлак;
непиролизуемые остатки, которые могут вторично применяться в производственных целях.

Заводы, функционирующие на основе принципа плазменной переработки, имеют замкнутое и цикличное действие: так, их реакторам не нужна новая энергия, потому что они работают на части собственного тепла. Эта система не требует и предварительной сортировки и подготовки материала, т.к. она способна без вреда для природы и здоровья человека уничтожать любые отходы, уменьшая их изначальную массу более чем в 300 раз. Такой показатель не может продемонстрировать ни один из известных в настоящий момент методов утилизации. Использование плазмы отличается и минимальными затратами – избавление от 1 т. мусора оказывается в 3 раза более дешевым, чем при следовании любому другому способу. Именно поэтому плазматроны активно применяются в прогрессивных с технологической точки зрения странах – США, Великобритании, Японии, Китае.

Засыпка

Среди технологий по утилизации отходов можно найти и те, которые используются не столько в силу очевидных положительных критериев, сколько в силу экономической выгоды. Ярким примером нового способа подобного рода является засыпка полигона ТБО, в результате которой происходит образование синтеза газов – метана, диоксида углерода, азота, водорода, сероводорода и кислорода. Другими словами, свалка не просто оставляется на поверхности планеты на годы, а хоронится под слоем земли и глины на 10-30 лет. Спустя время происходит выработка неопасного природного свалочного газа, который затем применяется для производства топлива, пара, тепла и электроэнергии.

Важно! Реализация данного метода возможна только при наличии специальных глубоких котлованов, внутри которых должно быть установлено насосное оборудование для передачи газообразных продуктов разложения на предприятия.

Компостирование

Последняя новая технология переработки бытовых отходов отлично подходит для материалов органического происхождения – пищевых остатков, растительности, бумаги. Этот способ утилизации, не используемый в масштабной промышленности, является излюбленным у дачников и фермеров. Процесс компостирования заключается в формировании специальных куч разных размеров, которые подвергаются регулярному переворачиванию (ежедневному, 1 раз в месяц, 1 раз в год и т.д. в зависимости от пожеланий человека к длительности создания компоста).

Полученный в результате разложения в естественных климатических условиях продукт активно применяется как ценное удобрение при возделывании земель, высадке культур и насыщении почвы.

С каждым годом проблема накопления мусора приобретает острый характер. Сегодня она представляет большую угрозу природе и человеку. Связано это с появлением новых промышленных предприятий и с увеличением объемов их продукции. По статистике ежегодно количество твердых отходов потребления и производства увеличивается в среднем на 10–15%.

Еще несколько десятилетий назад мусор просто вывозился на полигоны и оставался лежать нетронутым. Однако ситуация кардинально изменилась в лучшую сторону. Ученые вплотную занялись решением экологических проблем и разработали специальные технологии переработки отходов. Эти инновации позволяют снизить затраты на утилизацию мусора и даже извлекать экономическую выгоду от оставшегося сырья. В итоге переработанные материалы получают новую жизнь. Они могут повторно использоваться в разных сферах человеческой деятельности, например, в строительстве или в сельском хозяйстве.

Целевая установка

Поскольку технологии переработки отходов являются способом сохранения природных ресурсов, во многих странах разрабатываются и субсидируются специальные программы по возвращении отходов в цикл производства.

Для успешной их реализации власти часто привлекают обычных граждан, которые могут помочь в сборе бытового мусора. Вторичная переработка отходов необходима по нескольким причинам:

она позволяет сохранить ограниченные природные богатства и дает время и возможность для их восполнения;
использованные продукты являются сильнейшим источником загрязнения экосистемы;
вторичные и третичные материалы более дешевые и доступные, по сравнению с природными источниками.

Последующая переработка отходов, или рециклинг, связана с техногенезом. Она идеально подходит для полиграфического, строительного и органического мусора, а также для резины, полимерных изделий, стекла и батареек.

Прибыль и затраты

Каждая технология по переработке отходов рассматривается сквозь призму капитальных вложений.

Такой подход предполагает разделение вторичного сырья на виды:

Высококачественные продукты, например, металлолом или стекло. Они не содержат примесей, поэтому для их переработки не нужны колоссальные суммы затрат.
Материалы среднего качества требуют применения специальных технологий и капитала, сопоставимого с прибылью от реализации переработанной продукции. К этой группе относятся текстильные изделия и макулатура.
Трудно перерабатываемые отходы – полиэтилен, битое стекло и остатки полимеров. В процессе их переработки извлекаются ценные вещества, а это требует определенных затрат.
К опасным вторичным отходам применяются особые способы обезвреживания и технологии. Это дорогостоящий бизнес с экономической точки зрения.

Технология переработки твердых отходов

Разные варианты

Для каждого вида сырья существует своя технология переработки:

Сортировка отходов на мелкие фракции предшествует утилизации мусора и вторичному использованию. Этот процесс может проводиться вручную или на специальных машинах. Израсходованные материалы уменьшаются в размерах, так как их составляющие компоненты измельчаются и просеиваются.
Одним из самых распространенных методов является сжигание. Оно позволяет получать дополнительные продукты, необходимые для производства электроэнергии и теплоснабжения. Огневой способ в 10 раз уменьшает количество использованных отходов. Поскольку инновации направлены на возобновление ресурсов, правительство многих цивилизованных стран поощряет их внедрение, отказываясь от обычного сжигания мусора. Ученые признали, что этот способ требует больших затрат и неблагоприятно влияет на здоровье человека. В процессе горения в атмосферу выделяются токсичные вещества, способные спровоцировать сердечно-сосудистые болезни и заболевания дыхательных органов. Поэтому переработка отходов методом сжигания должна проводиться на специальных установках или на мусоросжигающих заводах с учетом всех правил и требований. Мусоросжигательные заводы, в зависимости от типа печей, используют разные технологии по переработке отходов, например, слоевое сжигание, метод кипящего слоя, пиролиз, газификацию.
Технология компостирования применяется в сельском хозяйстве и в животноводстве. Она основана на естественных реакциях. Микроорганизмы, обитающие в земле и в органических отходах, перерабатывают исходный материал. В результате образуется новый продукт – компост, который можно использовать как удобрение. Компостирование – это полезный способ переработки отходов, так как он удерживает влагу, насыщает почву полезными веществами и улучшает ее состояние. Со временем он усовершенствовался: на практике для ускорения процесса разложения стали использовать подогреваемые герметичные установки.
Земляная засыпка отходов жизнедеятельности животных предполагает получение биогаза для дальнейшего его использования в качестве органического топлива. Этот процесс осуществляется на специальных полигонах. Переработка происходит в толще земли, где создаются идеальные условия для размножения микроскопических бактерий. Туда встраивается промышленная установка с вентиляционными трубами, газовыми коллекторами, котлами и плотно закрывающимися емкостями. Разложение биомассы происходит поэтапно и за определенный период.

В ногу со временем

Не так давно появились новые технологии дальнейшего использования промышленного и бытового мусора. Они позволяют извлекать экономическую выгоду, поэтому привлекают к себе внимание бизнесменов и общественных деятелей.

Термический способ состоит в том, что твердый бытовой мусор сжигается, освобождается от органических соединений и обезвреживается для последующей утилизации и захоронения.

В результате исходный материал значительно уменьшается в объеме, и некоторые виды сырья можно использовать вторично. Термический метод подходит для переработки медицинских отходов, так как уничтожает болезнетворные бактерии и микроорганизмы.

Плазменная переработка – это уникальная и перспективная технология переработки мусора.

Процесс осуществляется при очень высоких температурах плавления, в результате чего получается газ, необходимый для выработки электро- и тепловой энергии. Этот метод экологически чистый. Он позволяет достигнуть хороших результатов.

Инновационный метод предполагает поэтапное выполнение производственных задач. Сначала отходы, подлежащие рециклингу, анализируются и классифицируются. Затем ведутся расчеты их окупаемости и эффективности использования.

На следующем этапе собранный материал автоматически сортируется, измельчается и очищается. Это сложный технологический процесс, которому можно подвергнуть любой вид мусора.

Взгляд в будущее

Используемые современные технологии утилизации отходов позволяют одновременно решать задачи, направленные на ликвидацию и переработку мусора, сбережение природных ресурсов и получение дополнительных источников энергии.

Наука не стоит на месте. Ученые и экологи сообща решают экологические проблемы мирового уровня. Сегодня во многих лабораториях они исследуют новые методы рециклинга и обезвреживания отходов с использованием усовершенствованного оборудования.

Кто знает, может быть, совсем скоро к традиционному списку добавятся инновации, а человечество получит от этого наибольшую выгоду.

Читайте также: