XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Круговорот углеводородов в быту и промышленности
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Нефтехимическая промышленность, или нефтехимия, – одна из важнейших отраслей обрабатывающей индустрии. Продуктами, которые она производит, мы пользуемся практически каждую минуту. Считается, что из любых пяти предметов, которые нас окружают в любой момент времени, четыре созданы благодаря нефтехимии. Эта отрасль производит синтетические материалы, которые прочно вошли в жизнь современного человека. Полиэтиленовые пакеты, бытовая техника, автомобильные шины, пластиковые окна, непромокаемая обувь, подвесные потолки, одноразовая посуда, список можно продолжать бесконечно.
Парадокс, но замечательные достижения нефтехимии имеют и оборотную сторону. Речь идет об отходах – пластиках, которые и после эксплуатации во многом сохраняют вложенную в них неуязвимость. В человеческом обществе отходы образовывались всегда и везде, но по мере роста населения и научно-технического прогресса отходов становится все больше и больше. Однако основная причина того, что «отходы берут нас за горло», связана не столько с ростом населения, сколько с неразумным, а часто с чрезмерным потреблением, которое нам навязывает изменчивая мода и далеко не во всем и всегда разумные стандарты общества потребления. Так что, все мы с вами, в той или иной степени, повинны в загрязнении окружающей среды.
Сегодня уже тысячи квадратных километров поверхности нашей планеты покрыты неразлагающимися отходами, отравляющими землю, воду и воздух. В грустном мировом рейтинге гигантских свалок лидирует огромная свалка Gyre в северной части Тихого океана. Более шести тысяч квадратных километров территории засыпано вредными пластиковыми отходами. Разлагаясь, пластик выделяет опасные токсины, отравляющие рыб, стаи дельфинов и китов. Свалку называют «Тихоокеанское мусорное пятно». Расположена свалка между Гавайскими островами и Калифорнией. Эта часть Тихого океана – полностью мертвое море.
В настоящее время управление отходами сводится к захоронению, сжиганию и вторичной переработке. Путь вторичного использования отходов наиболее перспективен. Но эффективность этого пути зависит от сознания всего населения. Во всех странах, где разрабатывают концепции комплексного управления отходами, населению отводится ключевая роль. Ведь каждый житель планеты, независимо от возраста и социального положения, может повседневно участвовать в программе сокращения отходов.
Установлено, что в настоящее время загрязнение окружающей среды промышленными отходами, бытовым мусором и отбросами увеличивается быстрее, чем население планеты. Каждый год количество отходов на душу населения возрастает на 4-6%, то есть в 3 раза быстрее, чем прирастает само население мира. Например, население США увеличивается на 1% в год, а количество отходов, которое оно производит, увеличивается на 4%. Отсюда десятки миллиардов тонн промышленных отходов, сотни миллионов тонн бытовых отходов и мусора. При современной численности населения, с точки зрения биосферной модели, мир находится в критическом состоянии, а с точки зрения ресурсной - близок к потере устойчивости развития. Хватит ли на всех ресурсов, если мы все будем потреблять, как в Америке, например, когда 6% населения мира использует треть мировой добычи нефти.
Цель работы: на основании информационного поиска, а также собственного опыта и знаний, разработать ряд мероприятий, направленных на решение проблем, связанных со сбором и вторичной переработкой отходов из различных пластиковых материалов.
Согласно цели работы были сформулированы следующие задачи:
1. Изучить основные процессы производства нефтехимии.
2. Предложить комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности сбора пластиковых отходов.
3. Рассмотреть варианты самых рациональных способов переработки пластика.
4. Оценить экологическую и экономическую эффективность переработки пластика.
Методы исследования: описательные (наблюдение, обобщение), анализ полученных данных, математические расчеты.
Объект исследования: углеводороды.
Предмет исследования: способы утилизации углеводородов.
Теоретическая значимость: систематизация теоретического материала по способам утилизации мусора.
Прикладная ценность полученных результатов: макеты дизайнов корзин для раздельного сбора мусора, эко альтернативы целлофановым пакетам и пластиковой упаковке.
1. Основные процессы производства нефтехимии
Полимеризация как явление была обнаружена еще в середине XIX века вместе с открытием первых мономеров. Однако научные основы этого процесса, а значит, и возможность осознанного синтеза полимеров были разработаны лишь перед Второй мировой войной.
Сегодня в нефтехимических лабораториях можно создавать огромное разнообразие синтетических полимеров. Полимеры представляют собой длинные молекулярные цепочки, получаемые из одинаковых звеньев, которые носят название мономеров. Их число может варьироваться от нескольких тысяч до миллионов.
Далеко не все молекулы способны к полимеризации. Это зависит от строения молекул и от характера межатомных связей в них. Когда между атомами в молекуле использованы все связи сцепления, химическое соединение (оно называется насыщенным) не способно полимеризоваться.
К полимеризации способны только соединения ненасыщенные, в которых углерод не использует всех своих связей. Одна из углеродных связей у этих веществ может сравнительно легко размыкаться и давать возможность молекуле присоединять новую молекулу, за ней третью и так последовательно новые десятки и сотни молекул с размыкающимися связями. Процесс полимеризации вещества носит цепной характер.
Рис. 1 Полимер – молекулярная цепочка
В нефтехимии реакцию полимеризации запускают так называемые инициаторы – специально вводимые в процесс вещества. Самым простым инициатором может служить кислород из окружающего воздуха.
Полимеризация также возможна, когда молекулы мономеры имеют циклическое, то есть кольцевое строение и кольцо атомов при этом непрочно. Разрушая его, можно получить развернутую линейную молекулу, на концах которой после разрыва останется по одной свободной связи. Такая связь способна присоединять новые разорванные молекулы. Возникающий процесс полимеризации в данном случае тоже имеет цепной характер.
Создавая новые полимеры, можно получать материалы с заранее заданными свойствами. Для этого можно одному полимеру «привить» свойства другого. Основной «ствол» цепной молекулы в этом случае состоит из одного типа полимера, а боковые «ветви» из другого. Такую молекулу можно получить, используя в качестве исходных материалов готовый полимер и низкомолекулярные вещества, способные полимеризоваться в отдельные «ветви» молекулы. Полимеры-гибриды, или сополимеры, сохраняют свойства своих «родителей» и в то же время приобретают новые качества.
Полиэтилен – очень распространённый в промышленности и быту полимер получают методом полимеризации этилена. С обычным полиэтиленом ассоциируется множество предметов обихода. Популярность полиэтилену придали его дешевизна и выдающиеся химические и физические свойства. Он не дорог в производстве, нетоксичен, физиологически инертен, легко обрабатывается, водонепроницаем, имеет высокую химическую стойкость, обладает приемлемой механической и отличной диэлектрической прочностью и т.д. Неудивительно, что полиэтилен занимает первое место в мире по объёмам производства среди всех органических веществ.
Этилен представляет собой бесцветный горючий газ со слабым запахом. Его молекула состоит из двух атомов углерода (C) и четырех атомов водорода (H). Углерод в молекуле этилена способен образовывать четыре прочные химические связи, а водород только одну. Химические связи между атомами принято обозначать штрихами.
Молекула этилена самодостаточна, она не имеет свободных атомов, все химические связи находятся «при деле». У этилена наиболее крепкой является связь между атомами углерода, так как она двойная, а связи углерода с водородом не очень прочны. Двойная связь между атомами углерода тоже имеет особенности: одна из связей менее крепкая, чем другая. Чтобы разорвать любую химическую связь между атомами нужно преодолеть силу межатомного притяжения.
Сделать это можно с помощью дополнительной энергии, сообщённой атомам, причём эта энергия должна быть больше, чем энергия межатомного взаимодействия. И не важно, каким путём (химическим или физическим) будет осуществляться воздействие. Главное – чтобы оно было достаточным. Нагрев - простейший пример сообщения веществу дополнительной энергии. Именно поэтому многие химические реакции протекают только при высоких температурах. В случае с этиленом одного нагрева (до 1800оС) оказывается недостаточно, также требуется давление до 3000 атмосфер и участие кислорода. Существуют и другие способы, позволяющие частично разорвать двойную связь между атомами углерода, вытягивая молекулу этилена в двухзвенную цепочку.
Рис. 2 Образование полиэтилена
Почему мы говорим о частичном разрыве? Потому что фактически из двух связей разрывается только одна, менее прочная. А дальше начинает происходить интересное: каждая из этих полуразорванных молекул, обладая двумя свободными и готовыми для соединения химическими связями, стремится их задействовать. При этом мономеры начинают соединяться друг с другом последовательно, образуя своеобразную бесконечную цепочку, превращаясь по сути в одну макромолекулу, которую и называют полимером (от греческого «поли» – много и «мерос» – часть). Похожим образом образуются и другие полимеры (полипропилен, поливинилхлорид, политетрофторэтилен и т.д.) цепочки которых могут иметь схожее или более сложное строение.
Полистирол – термопластичный полимер стирола, обозначающийся ПС или PS. В отличие от своих собратьев полиэтилена и полипропилена, мономер полистирола не так прост по структуре и в изготовлении, как этилен и пропилен. Соответственно структура полимера лишь отдаленно напоминает «цепочку».
Объемные фрагменты, «торчащие» из полимерной цепочки, препятствуют «упаковыванию» полимера и кристаллизации, поэтому полистирол жесткий, но хрупкий и аморфный, то есть некристаллизующийся полимер с невысокой термической устойчивостью. Вместе с тем полистирол хорошо пропускает свет, морозоустойчив, хорошо изолирует электрический ток, является дешевым и легкообрабатываемым материалом, что делает его очень популярным.
Из полистирола изготавливают, например, баночки для йогуртов. Кроме того, полистирол нашел широчайшее применение в виде сополимеров с другими веществами. Напомним, что сополимер – это полимер, состоящий из мономеров разного типа. Широкое распространение получили так называемые АБС-пластики, которые применяются для изготовления корпусов бытовой техники и в автомобильной промышленности.
Самой известной разновидностью полистирола является вспенивающийся полистирол, который также называют пенополистиролом или пенопластом. Это вещество нашло широчайшее применение в строительстве в качестве теплоизолирующего материала.
Рис. 3 Полистирол
Синтетические каучуки – обширная группа нефтехимической продукции, включающая десятки различных веществ. Длинные молекулы этого полимера очень подвижны, принимают любую изогнутую форму, легко вытягиваются и могут перемещаться относительно друг друга. Такие полимеры характеризуются высокой упругостью, эластичностью, мягкостью. Они могут растягиваться и потом возвращаться к исходным размерам. Основа всех каучуков – так называемые сопряженные диены. Это мономеры, содержащие не одну, а две двойные связи. Самым важным в этом ряду веществом является бутадиен, также называемый дивинилом. При полимеризации 1 и 4-й атомы углерода сцепляются с другими молекулами, а между 2 и 3-м образуется двойная связь. Именно наличие повторяющихся двойных связей и обеспечивает эластичность таким полимерам. Важно различать каучуки и резины. Ведь резина – продукт вулканизации каучука, термического процесса, при котором отдельные полимерные цепочки каучука как бы «сшиваются» между собой в поперечном направлении. Вулканизирующим агентом может выступать, например, обычная сера. Она образует «мостики» между молекулами каучука. Вводя в каучук большое количество серы, из него получают прочное, твердое, малоупругое вещество – эбонит.
Рис. 4 Каучук
2. Переработка пластиковых отходов
2.1 Опыт разных стран в переработке пластика
В настоящее время самым распространенным способом утилизации мусора служит его сжигание. Но просто сжигать весь мусор без разбора сродни закапыванию мусора, что губительно для экологии, тем более, что не везде соблюдается требование о закапывании только разлагаемого мусора. Результатом общемирового ухудшения экологии стал тот факт, что законодательно многие страны обязывают своих граждан сортировать мусор, чтобы в последующем сэкономить время и ресурсы для его переработки.
В Финляндии на улицах установлены контейнеры для сбора мусора, в то время как сами хранилища находятся под землей. Ко многим контейнерам подводят специальные вакуумные трубы, благодаря которым отходы сразу попадают на предприятия по переработке. Там, например, стекло измельчают в крошку и создают новую стеклянную посуду. Пластиковый мусор в стране сжигают. Его прессуют и создают брикеты. Отходы сжигают на специальных станциях при температуре 1300оС, а выделяемое тепло в последующем преобразуют в электроэнергию.
Рис. 5 Способы утилизации мусора в разных срнах
Во Франции путь к переработке мусора начинается возле дома. К каждому дому или подъезду прикрепляются свои мусорные баки. С белой крышкой – для стекла, с желтой – для отходов, которые идут на вторсырье, с коричневой – для мусора, который подлежит сжиганию или захоронению на мусорном полигоне. Контейнеров может быть и больше, например, отдельные для пластика, дерева или картона. Выбрасывая мусор в «желтый» контейнер нужно обязательно высыпать его из пакета, чтобы мусорщики видели содержимое контейнера. Если нерадивый жилец поленился разделить мусор правильно, все содержимое контейнера останется на месте. Продукты фармацевтики (испорченные градусники, просроченные лекарства и т.д.) – сдаются в любые аптеки, чтобы токсичные вещества не попали в окружающую среду.
Кроме того, среди французов популярна идея осознанного потребления, например, в Париже создано 15 центров по сбору, ремонту и повторной реализации продукции различных категорий. Также в рамках реализации программы, по которой к 2025 году страна должна перейти на использование только переработанных материалов, власти запретили одноразовые пластиковые пакеты в супермаркетах.
На сегодняшний день Франция перерабатывает около 25% производимых пластмасс. Общий уровень переработки оценивается в 42%, производством вторсырья занимаются 300 специализированных предприятий. С момента принятия первого закона о переработке бытовых отходов в 1975 году количество свалок в стране уменьшилось с 6 тысяч до 230, а число мусоросжигательных заводов – с 300 до 128, сообщает ТАСС.
В Бразилии очень развита тенденция к переработке мусора. Например, город Куритиба занял первое место в мире по сбору бытовых отходов, имеющих ценность. Практически весь пластик, бумага, металл и стекло здесь перерабатываются. Успешным оказалось решение – привлечь к сбору мусора бедные слои населения. За сбор отходов получают денежное вознаграждение или пакеты с едой. Это позволяет собирать каждый месяц по 400 тонн мусора.
В ОАЭ к сбору и переработке мусора подошли со стороны законодательства. Был введен специальный пониженный тариф для тех, кто собирает мусор раздельно, проводятся конкурсы по сбору мусора, призами в которых могут быть и IPad. Также в стране действуют специальные меры поддержки бизнеса, связанного с деятельностью по переработке мусора.
В Австрии сбором мусора в стране занимаются как частные, так и муниципальные предприятия. В этой сфере задействовано более трех тысяч человек, а профессия сборщика мусора является престижной. Благодаря наличию четырех заводов большая часть мусора сжигается для получения электроэнергии.
В Америке мусор в пластиковых пакетах складируется в контейнеры, стоящие около каждого дома. Государственные службы отвозят контейнеры на сортировку, а затем на переработку. Бумага, пластик, банки, бутылки – все эти материалы используются для изготовления товаров с пометкой «сделано из мусора». Оставшиеся отходы закапывают. Успешному сбору металлических банок способствует введенная система денежного вознаграждения.
Швеция является одним из флагманов в сборе мусора. В стране перерабатывают 99% отходов, 48,6% мусора сжигается для производства энергии, 50,6% – перерабатывается вторично и всего лишь 0,8% отходов, с которыми нельзя ничего сделать, оказываются на свалках.
Во многих домах находятся от пяти до семи контейнеров для раздельного сбора мусора, также как и в Финляндии активно внедряется способ подземных воздухоотводов. Обязательства по правильной утилизации отходов лежат на производствах, ресторанах, офисах и магазинах. Ответственность за утилизацию городского мусора несут муниципалитеты, которые имеют детальный план по управлению отходами, включающий дальнейшие меры по сокращению их количества и уменьшению исходящей опасности. Производители обязаны утилизировать упаковку и товары с истекшим сроком эксплуатации, в том числе шины, батарейки, электротовары, автомобили и фармацевтическую продукцию.
В Китае работает система залоговой стоимости, а это значит, что за пластиковую и жестяную тару из под напитков можно вернуть часть стоимости. Если принести в автомат около 20 бутылок – можно бесплатно проехаться на метро. В Пекине была построена дорога, полностью соответствующая национальным стандартам качества. Стоимость данной дороги на 20% ниже обычной. Мусоросжигательные заводы также строятся, но жители к ним относятся настороженно, в результате, это самые чистые заводы с точки зрения экологии. Также активно развиваются новые методы переработки, например, с использованием ионных жидкостей.
С 1993 года в Японии на законодательном уровне активно борются с мусором. В результате чего перерабатывается до 46% всех отходов. При этом более 85% ПЭТ-бутылок используется повторно. В США этот показатель превышает 20%, в странах ЕС – около 41%. Повторно используется около 90% алюминиевых банок. На высокотехнологичных предприятиях японцы извлекают из отработанной техники даже самое незначительное количество драгоценных металлов.
В 2003 году Камикацу стал первым городом в Японии, где начал применяться принцип полной ликвидации отходов. В настоящее время население Камикацу сортирует отходы по 45 видам в 13 категориях, доведя уровень переработки отходов в 2016 году до 81%. К 2021 году город планирует полностью избавиться от отходов, не прибегая к услугам мусоросжигательных заводов или мусорных свалок. Этой цели способствует магазин «Курукуру», название которого означает «снова и снова», что символизирует круговорот вещей в пределах города. В этот магазин привозят предметы, которые ещё можно использовать или которые могут понадобиться другим людям.
В 2006 году открыт перерабатывающий завод «Кёэй», который наладил производство высококачественных ПЭТ-гранул. На этом заводе при производстве бутылок из вторично используемой ПЭТ-массы выделяется на 63% меньше СО2, чем при использовании нефти. Всего в Японии работает 1120 заводов, 358 из них производят энергию.
2.2 Экологические и экономические аспекты переработки пластика
На сегодняшний день существует множество государств, социально-экономическое развитие и устойчивость которых в современном мире зависит, в определенной степени, от решения его экологических проблем и рационального использования природно-ресурсного потенциала. Мировое сообщество в большей мере стало уделять этим проблемам внимание лишь на фоне экологического кризиса в 80-х гг., который и стал толчком для принятия в развитых странах законов в области охраны окружающей среды.
Установление на законодательном уровне требований к производителям продукции и услуг, стал своего рода стимулом к формированию эко индустрии, спроса на эко технологии, продукты и инвестиции. Природоохранные технологии способствуют не только сокращению объемов затрачиваемого сырья при производстве продукции, но и возникновению бизнеса по переработке различных отходов, около трети которых составляют пластиковые отходы.
В наше время наблюдается деградация экологических условий в городах для проживания людей, в связи с тем, что происходит значительное накопление отходов на фоне повышения потребительской способности населения. Необходимо построение рациональной системы управления пластиковыми отходами для предотвращения серьезного загрязнения окружающей среды.
Для некоторых стран переработка мусора стала многомиллиардным бизнесом, в частности, это Германия, Япония, Китай, Швеция, Великобритания и США.
Обеспечение экологической безопасности непременно затрагивает все структурные компоненты, составляющие систему обращения с пластиковыми отходами: сбор, накопление, перевозку, хранение, обезвреживание и переработку, являющиеся объектом деятельности специализирующихся на переработке отходов предприятий. Их функционирование можно рассматривать как основу стабилизации экологической обстановки и нейтрализации ущерба окружающей среде отходами потребления.
Для обеспечения развития таких предприятий, специализирующихся на сборе, вывозе и переработке пластиковых отходов и организации их деятельности, необходимо обоснование ряда хозяйственных решений, связанных как с определением структуры и объемов финансирования, так и с учетом качества оказываемых услуг и уровня доходов населения.
Вторичная переработка (рециклинг) бывших в употреблении пластмасс является важной проблемой для промышленности. Благодаря высокой стойкости к воздействию окружающей среды данные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного времени. Однако с точки зрения влияния на окружающую среду утилизация полимерных отходов может рассматриваться как важный экономический фактор, поскольку энергия и материалы поступают в повторное использование.
Это позволяет сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в окружающую среду, уменьшить потребление энергии и, кроме того, дает экономическую выгоду. При этом необходимо, чтобы техника вторичной переработки позволяла получать чистый и дешевый продукт (энергию или материалы).
Метод утилизации пластиковых отходов путем переработки во вторичное сырье является затратным, но только на первом этапе организации данного способа, при создании специализированной инфраструктуры по сбору, хранению, транспортировке, обезвреживанию и переработке пластиковых отходов. В конечном итоге утилизация является наиболее эффективным и экологичным методом, который позволяет избежать накопления огромных объемов мусора, загрязнения окружающей среды, к примеру, теми же оксидами азота и серы, фуранами и диоксинами, пылью и золой, образующихся при утилизации отходов методом сжигания. Также организация данного метода способствует созданию рабочих мест, снижению затрат на закупку первичного сырья различными предприятиями перерабатывающей промышленности и снижению объемов земельных угодий, необходимых, к примеру, при том же методе захоронения и мусоросжигания. Отметим, что использование пластиковых отходов как вторичного сырья будет способствовать снижению необходимости в первичных ресурсах, а в последующем и снижению воздействия на окружающую среду.
Рис. 7. Ежегодная генерация мусора
Из 1 кг пластиковых отходов, можно получить 0,8 кг вторичного сырья, которое может быть использовано повторно, и стоимость которого на российском рынке составляет приблизительно 25-35 рублей и более, в то время как первичное сырье стоит в два раза дороже. Исходя из возможности использования пластиковых отходов в качестве вторичного сырья , можно сказать, что, выбрасывая на свалку 20 т. пластиковых отходов, примерно столько ежегодно производит город с населением 100000 чел., на свалках, в среднем, оказывается 200000 руб. Переработка пластиковых отходов позволит сэкономить расходы более чем в 1,5 раза, а если отходы продать, то получим около 700000 руб. (35 руб/кг). В России ежегодно (население 143 млн. чел.) экономия составляет около 1001000000 руб., при переработке лишь 10% пластиковых отходов.
В мире предлагаются и разрабатываются различные стратегии вторичной переработки. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в механической и химической переработке пластиковых отходов. Механическая переработка с помощью соответствующих установок обеспечивает простое вторичное использование тех же самых материалов с учетом некоторых потерь в их свойствах. Восстановление материалов посредством химической переработки выдает продукт в виде мономеров, из которых получается новое полимерное сырье, а также химические вещества и топливо. Однако этот метод требует привлечения значительных ресурсов и специального оборудования. Восстановление энергии позволяет полностью ликвидировать материал после извлечения его энергетического содержимого.
Хороший рынок существует для изделий из вторичного пластика, получаемых литьем под давлением или экструзией. Источником вторичных материалов являются промышленные отходы, сломанная или изношенная тара, сердцевина прядильных нитей, корпуса автомобильных аккумуляторов и бамперы. Повторно переработанный пластик находит применение прежде всего в автомобильной промышленности – для изготовления бамперов, обтекателей, элементов системы кондиционирования воздуха, воздуховодов и клапанов, щитков и приборных панелей.
Вторичный пластик используется также для производства таких изделий, как ящики, тара, пластмассовые брусья и офисные принадлежности, например, скоросшиватели.
В опытном производстве, в рамках совместного проекта нефтяной и полимерной отраслей промышленности Австралии, делалась попытка осуществить «почти замкнутый» цикл переработки загрязненных емкостей из-под нефти. Экспериментальные контейнеры, заменяющие сталь, были успешно получены литьем под давлением при содержании 25% загрязненного нефтью материала.
Метод утилизации пластиковых отходов путём переработки во вторичное сырье является наиболее приемлемым вариантом решения проблем обращения с отходами. Этот метод позволяет решить не только экологическую, но и экономическую проблему, что является важным аргументом при выборе одного из методов утилизации. С эколого-экономической точки зрения, необходимо отдавать предпочтение переработке во вторичное сырье. Человечество использует ресурсы, которые создавались на протяжении миллионов лет существования планеты. Время и природа, можно сказать, работали на людей, теперь наша очередь тратить свои силы и время на заботу о планете. Ведь от того, как мы будем обращаться с отходами, зависит будущее нашей планеты и всего человечества.
2.3 Комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности сбора пластиковых отходов
Анализ различных информационных источников привел нас к выводу, что на мусоросжигательном заводе, построенном на территории Оренбургской области, целесообразнее всего реализовать технологию высокотемпературного пиролиза. Так как она имеет неоспоримые преимущества перед утилизацией сжиганием. Во-первых, не происходит загрязнение окружающей среды (разложение идет без доступа кислорода, а значит, нет условий для образования таких токсичных соединений, как диоксин, бензапирен), во-вторых, сырьевым материалом служат отходы, которые сложно утилизировать, например, старые шины. Образовавшийся в результате разложения пиролизный газ применяют для получения электрической и тепловой энергии. Горючие газы и жидкости можно использоваться как топливо. Твердый шлак не выделяет вредных веществ и пригоден для строительства дорог. Поэтому пиролиз относится к категории полностью безотходных способов утилизации мусора и предоставляет возможность получать прибыль за счет произведенной электроэнергии. Опираясь на расчеты Пашкина С.В. приближенная оценка экономических параметров показала окупаемость установки через 4 года.
Рециклинг бывшей в употреблении пластмассы должен осуществляться на заводе по переработке пластика. Использование пластиковых отходов как вторичного сырья будет способствовать снижению необходимости в первичных ресурсах, а в последующем и снижению воздействия на окружающую среду.
Самая большая сложность в переработке пластика состоит в том, что он несортирован. Каждый вид имеет свою ценность как химическое вторсырье и в силу своего химического строения обладает определенными свойствами. Для разделения пластиковых отходов по химическому составу предлагаем использовать роботизированный комплекс. За основу взять установку Шепилова О.П. и Короткевича А.Б и дополнить высокоскоростными и мультиспектральными камерами. Принцип сортировки основывается на особенности пластика подвергаться воздействию вспышке света, которая заставляет материал флуоресцировать. Фотоэлектрические датчики затем измеряют интенсивность света, излучаемого в ответ на вызванное фотовозбуждение, чтобы определить динамику его затухания. В производстве пластмасс используют различные полимерные материалы, они отображают определенное время действия флуоресценции, а форма спадающей кривой может быть использована для идентификации их химической природы. Использование измерения времени затухания флуоресцентного свечения позволяет определить и отсортировать пластик очень точно.
Для успешной реализации концепции обязательным условием является формирование в сознании людей особой мысли о бережном отношении к природе через систему раздельного сбора мусора. Для этой цели нужно использовать как формальное, так и неформальное образование населения. Систематизировать работу в сети интернет. С помощью нейронных сетей разработанный телеграмм-бот помогает сортировать отходы. Акция «Лучшие отходы – которых нет» с экскурсией на полигон отходов, мусороперерабатывающий завод и модный показ экологических сумок, одежды из полимеров будет способствовать развитию культуры в обращении с отходами. Производство полиамидных нитей может бесплатно поставлять сырье для 3D принтеров, которые сейчас очень популярны среди школьников, а они в свою очередь организовав сбор пластиковых отходов, обеспечат работой завод по переработке пластика.
В предлагаемых макетах памяток для населения в краткой форме описан процесс грамотной сортировки мусора.
Социальная реклама информирует население, предупреждает об опасностях. Наши рекламные плакаты заинтересуют и запомнятся надолго.
В качестве альтернативы пластиковому пакету мы предлагаем многоразовую льняную сумку. В системе раздельного сбора мусора мы выделяем три составляющие: нормативно-правовое регулирование, формирование культуры раздельного сбора мусора и совершенствование инфраструктуры. За счет средств расширенной ответственности производителей финансировать инфраструктуру РСО. Производители должны отвечать за весь цикл существования продукта на рынке. Перерабатывать отходы или финансировать государственные экологические системы. Повысить норму утилизации наупаковочные материалы 80%, предусмотрев меры государственной поддержки лиц, осуществляющих первичную сортировку бытовых отходов. Например, льготы по оплат капитального ремонта дома и вывоза ТБО.
Это позволяет сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в окружающую среду, уменьшить потребление энергии и, кроме того, дает экономическую выгоду. При этом необходимо, чтобы техника вторичной переработки позволяла получать чистый и дешевый продукт (энергию или материалы). Путь вторичного использования отходов наиболее перспективен.
Мы живем на Южном Урале в Оренбургской области. Здесь работает более 200 крупных и средних промышленных предприятий, выпускающих свыше 80% от общего объема промышленной продукции. В столице Оренбургской области проживает 562 тыс. человек, которые ежегодно производят порядка 230 тыс. т. бытового мусора, примерно 30% от всех твёрдых коммунальных отходов региона. Самым крупным «поставщиком» пластиковых отходов в г. Оренбурге является население.
С 2010 г. в Оренбурге стали появляться первые контейнеры для раздельного сбора. В 2014 г. достроили крупный мусоросортировочный комплекс. Уже к 2017 г. около 60% городского населения получили возможность сдавать свои отходы на переработку. С помощью раздельного сбора и промышленной сортировки отходов в Оренбурге удаётся отправлять на переработку до 40% образующихся отходов от общего объёма или 9% по массе. По данным Greenpeace России г. Оренбург в 2019 г. вошел в тройку лидеров городов по раздельному сбору мусора.
Сегодня технологию рециклинга полимерных отходов успешно реализую в г. Оренбурге: ИП Василий Ширин, «Крона Рециклинг» и «ЭкоСпутник». Готовая продукция – вторичная полимерная гранула. Она применяется для производства полимерных изделий в пропорции с первичной от 20% до 80% в зависимости от назначения изделия в ООО «Номатекс» Ульяновской области.
1. Алексеев С.В. Окружающая среда Санкт – Петербурга (книга для детей и их родителей): научно – популярное издание / С.В. Алексеев, Э.В. Гущина. – СПБ: ООО «Сезам – Принт», 2018. – 136 с.
2. Алимкулов С.О. Отходы – глобальная экологическая проблема. Современные методы утилизации отходов / С.О. Алимкулов, У.И. Алматова, И.Б. Эгамбердиев // Молодой ученый. – 2017. - №21. –С. 66-70.
3. Бабаев В.Н; Горох Н.П; Коваленко Ю.Л; Коринько И.В; Науменко А.С; Пилиграмм С.С; Саратов И.Е; Ткачев В.А; Шутенко Л.Н; Юрченко В.А. Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города: Уч. Пособие / Коллектив авторов. – Харьков: ХНАГХ, 2017. – 375 с.
4. Бахаева А.Н. Обзор оксо – биоразлагаемых добавок используемых для утилизации упаковочных материалов / А.Н. Бахаева, С.К. Ивановский // Молодой ученый. – 2019. - №10. – С. 156-158.
5. Детская энциклопедия, т. 5. Техника и производство. – М: Просвещение, 2018. – 560 с.
6. Как бизнес в Оренбурге научился зарабатывать на раздельном сборе мусора [Электронный ресурс] // URL: https://trends.rbc.ru/trends/green/5d663e599a79472d872f09ac (дата обращения 15.04.2020)
7. Как в России избавиться от мусорных свалок? [Электронный ресурс] // Информационно – аналитический центр ФАКТОГРАФ. 13.12.2017. URL: https://www/factograph.info/a/28915602/html. (дата обращения: 01.04.2020)
8. Как избавиться от пластика? [Электронный ресурс] // URL: https://himya.ru/kak-izbavitsya-ot-plastika.html (дата обращения:15.04.2020)
9. Коробкин В.И. Экология в вопросах и ответах: учебное пособие / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Изд. 4 – е, доп. И перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2018. – 378 с.
10. Костин А.А. Популярная нефтехимия. Увлекательный мир химических процессов / Костин Андрей. – Москва: Ломоносовъ, 2019. -176 с.
11. Ларина О.В. удивительная экология / О.В. Ларина. – М; ЭНАС – КНИГА, 2017. -256 с. – (О чем умолчали учебники).
12. О бедном пакете замолвите слово [Электронный ресурс] // PolymerEngineering. URL: https://www.pi.com.ua/L/s_113.html. (дата обращения: 29.03.2020).
13. Отовсюду обо всем. Как ответить на мусорный вызов (по материалам РИА «Новости») // Экология и жизнь. – 2018. - №6. – С. 63.