XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Проблема переработки отходов стоит очень остро сегодня, так как количество производимого мусора гораздо выше, чем возможность его обрабатывать. Кроме того, сложные отходы, такие как техническая резина, не подверженные разложению в природной среде, наносят огромный вред экологии, а также могут быть огнеопасными. Естественное разложение шин в природной среде занимает более 100 лет, все это время из использованной резины вымываются опасные и токсичные вещества, такие как фенантрен, дифениламин и многие другие. Все они остаются в плодородном слое почвы, попадая в растения, а затем вымываются грунтовыми водами и дождевыми осадками, попадая в питьевую воду и сельскохозяйственные объекты. При этом, полученный в процессе утилизации технический материал можно использовать для производства повторно, что может быть экономически выгодно, а также оказывает значительно меньшее отрицательное воздействие на природу.

Количество вредных веществ, попадающих в окружающую среду в результате производства, переработки, утилизации и износа автомобильных шин вызывает серьезное беспокойство. Это особенно острая проблема, требующая решения на глобальном уровне.

Автомобильный транспорт становится наиболее удобным способом перемещения людей, важным не только для личной жизни, но и для производства. При этом именно автомобили оказывают наибольшее негативное влияние на экологическую обстановку, в частности, вдоль магистралей и в больших густонаселенных городах. Кроме того, во время движения транспортного средства создается облако пыли, состоящее более чем из 60% микрочастиц, представляющих собой элементы автомобильной резины, стираемой о поверхность дорожного покрытия. Важно оценивать также и влияние этих выбросов на состояние экологии и здоровье людей. Критическую роль играют не только токсичные материалы, из которых сделаны автошины, но и химические вещества, выделяемые во время их эксплуатации, ремонта, хранения и переработки.

Наибольшую сложность вызывает переработка таких отходов как автомобильные шины, утилизация которых требует высоких энергозатрат. Согласно статистическим данным, только около 30% выведенных из эксплуатации покрышек подвергается восстановлению или используется после переработки в виде различных ресурсов. Приоритетными способами утилизации подобных отходов должны стать те, которые обеспечивают:

Высокую экологическую безопасность;

Утилизацию отходов непосредственно в месте их скопления;

Низкую энергоемкость процесса утилизации;

Безотходный технологический процесс;

Получение на выходе продуктов, имеющих производственную ценность.

В разных странах уровень развития и методы переработки, так же, как и использование продуктов распада, неодинаковы. Во Франции около половины покрышек подлежит восстановлению и вторичному использованию, в Японии и США их сжигают для получения топлива и энергии, а в России 90% отправляется на свалку.

Сжигание кажется наиболее простым и эффективным способом утилизации покрышек и является наиболее распространенным по всему миру. Однако, горение несет угрозу для окружающей среды, поскольку образуются вещества высоких классов опасности: бензапирен, бифенил, свинец, полициклические ароматические углеводы (ПАУ), бутадиен, стирол, диоксин, фуран, антрацен, флуорентан, пирен и другие. Большинство из них являются сильнейшими канцерогенами, наносящими непоправимый вред организму человека. Каждая тонна резины производит почти 300 кг вредной сажи и около 400 кг других токсичных элементов. Кроме того, для качественной утилизации путем сжигания необходимо соблюдать высокую температуру (примерно 1300 градусов) для глубокой переработки и нейтрализации компонентов.

Сжигание, как правило, происходит на нелегальной основе: людьми или организациями с целью избавления от отходов и получения тепловой энергии. Однако, предприятия, которые сжигают резиновые отходы санкционированно, чаще всего не имеют должных ресурсов для фильтрации вредных веществ, производимых процессами сжигания. Очистка дымовых газов – сложный и дорогостоящий процесс. При этом огромная часть шин попадает на свалки, где нередко происходит самовоспламенение и загрязнение воздуха и почв продуктами распада. Перспективно сжигание покрышек в цементных печах, но это усложняет процесс и делает его более дорогим. Необходимость установки дорогостоящих газовых фильтров, способных очищать и обезвреживать выбросы при организации горения, не исчезает.

Очень распространенный в Европе, но пока еще не получивший своей популярности в России способ пиролиза позволяет переработать большие объемы резинового сырья, не загрязняя при этом продуктами распада окружающую среду. Шину разрезают, помещают в реторту – специальную герметичную емкость, - и помещают в печь, где при температуре 450 градусов происходит разложение. При этом нагревание происходит без доступа кислорода, необходимого для горения, а значит, гораздо меньше вредных веществ попадает в атмосферу. Термическое разложение под вакуумом позволяет получить несколько продуктов, которые можно использовать в дальнейшем производстве:

Жидкое топливо (синтетическая нефть, по составу похожая на природную)

Углеродосодержащий остаток, который можно применять при производстве утеплителей, лакокрасочных веществ, твердого топлива или новых покрышек,

Пиролизный газ, напоминающий природный газ, часть которого преобразуется в жидкую фракцию, а остаток используется для поддержания горения печи,

Металлический корд – единственная часть шины, которая не претерпевает изменений в процессе пиролиза.

Недостаток способа в том, что полученные продукты нуждаются в дополнительной переработке для возможности использования. Однако, на сегодняшний день, это один из самых выгодных и перспективных способов обработки автомобильных покрышек для дальнейшего использования. Процесс пиролиза требует значительных энергетических затрат, однако, если использовать в качестве источника тепла не природный газ, соляровое масло или мазут, а горючие отходы разных видов, это позволит сделать его более эффективным и привлекательным.

Процесс газификации, позволяющий получить в итоге синтез-газ, представляет собой преобразование органической части продукта в горючий газ при нагреве до высокой температуры с использованием окислителя (например, воздух). Как правило, газификация включает в себя пиролиз как стадию, поэтому весь способ состоит из двух стадий: пиролиз при высокой температуре и далее дожигание полученных газов. При этом получают тепловую и электрическую энергию.

Осуществлен также проект по плазмотермической утилизации, который исследовали в России, Израиле и Японии. Он представляет собой переработку резины в струе воздушной плазмы при нагреве до 2000 градусов. В результате получают электроэнергию, тепло и синтез-газ. Однако, сложность представляет потребность в емкости – футеровке в области горения плазмы, которая должна выдерживать высокую температуру. Данный проект является высокозатратным, воплотить его непросто, поэтому он практически не применяется. В таблице приведено сравнение наиболее распространенных способов переработки автомобильных покрышек, на основе чего можно сделать вывод о разной степени негативного воздействия на окружающую среду, эффективности и экономической выгоде при использовании каждого из них.

Показатель	Способ
	Сжигание	Пиролиз, термическое разложение без доступа кислорода	Высокотемпературная газификация	Плазмотермическая переработка
Разрушение органической части, фуранов, диоксинов	Разрушение 70% (650–1050 °С)	Разрушение 90% (450–900 °С)	Разрушение 90 % (800–1150 °С)	Полное разрушение (2000 °С)
Образование смол и фуранов	Много смол и фуранов	Есть смолы и фураны	Есть смолы и фураны	Нет смол и фуранов
Образование золы	30 % токсичной смолы	10% золы	10% золы	Нет золы
Перерабатываемый объем	Большой объем отходов до 500 т/сут	Объем отходов в пиролизных установках до 30 т/сут	Объем отходов до 110 т/сут	Объем отходов до 250 т/сут
Уровень выбросов газов при условной мощности 120 000 ТКО/год	Высокие выбросы дымовых газов до 60 тыс. нм3 /ч	Для сравнения нет установок на данную производительность	Выбросы дымовых газов – 50 тыс. нм3 /ч	Данных нет
Чувствительность отходов к влажности	Чувствителен к влажности отходов	Влажность отходов около 20 % при удалении неорганической части до 40 %	Влажность отходов до 50% при низком уровне неорганической части	Не чувствителен к влажности отходов
Качество получаемого синтез-газа	Генераторный газ (технический)	Забалластированный синтез-газ	Генераторный газ (технический)	Высокое качество получаемого синтез-газа
Продукты на выходе	Тепло, электроэнергия	Синтез-газ, жидкие виды топлива, электроэнергия, тепло	Тепло, электроэнергия	Синтез-газ, жидкие виды топлива, электроэнергия, тепло
По данным института ГИНЦВЕТМЕТ*

Анализ приведенных данных показывает, что наименее выгодна технология сжигания. Несмотря на низкие экономические затраты, она создает большое количество вторичных отходов, требующих дополнительной переработки, а также вредоносных токсичных выбросов. Кроме того, требуется предварительная сортировка отходов, снижения уровня влажности. Указанные недостатки – следствие низкой температуры сжигания – 650 °С. Воплощение этого метода потребует больших финансовых вложений в пылегазоочистку для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. Пиролиз и обычная газификация имеют примерно одинаковые показатели, что объяснимо высокой температурой переработки. Они имеют более высокую экономическую рентабельность и качественные показатели, однако, чувствительны к уровню влажности. Наилучшими показателями обладает способ плазмотермической переработки. Он характеризуется высокими (более 1300 °С) температурами переработки, выработкой большого количества веществ, пригодных к дальнейшему использованию. Однако, технологическая сложность процесса и высокая стоимость оборудования не позволяют достичь высокого распространения данного способа переработки автомобильных покрышек.

В ближайшие годы способы утилизации покрышек будут развиваться, увеличатся объемы перерабатываемых шин. Особенно актуально это в развитых странах, где вопросы экологии и вторичной переработки сейчас стоят особенно остро, и разрабатываются самые разные технологии по сохранению природной среды. Ситуация в России пока далека от этого, но стремление к ответственному потреблению понемногу приходит как к отдельным людям, так и к организациям и компаниям. Через несколько лет процесс утилизации покрышек будет автоматизирован, и граждане будут самопроизвольно принимать в нем участие, избавляясь от них экологичными способами.

Список литературы:

Обзоры и аналитика. О. А. Власов, В. В. Мечев, Анализ работы печей сжигания отходов.

Иванов К. С., Сурикова Т. Б. Использование и переработка отработавших шин. Доклады Всероссийской научно-технической конференции Современные проблемы экологии / Тула.: Инновационные технологии, 2009.

Шулдякова К. А. Воздействие автомобильных шин на окружающую среду и здоровье человека // Молодой ученый. — 2016. — №20. — С. 472-477. — URL https://moluch.ru/archive/124/34317/ (дата обращения: 31.01.2019).

Тарасова Т. Ф. Экологическое значения и решение проблемы переработки изношенных автошин / Т. Ф. Тарасова, Д. И. Чапалда // Вестник ОГУ. — Т. 2. Естественные и технические науки. — 2006. — № 2. — С. 130–135.

Бернадинер И.М., Гаврилова Н.С. Перспетивное направление утилизации изношенных шин / ТБО: Твердые бытовые отходы научно-практический журнал  – М.: ИД «Отраслевые ведомости» –апрель 2017. – с. 42 – 45.

Код для цитирования: Скопировать