Рекуперация отходов
Рекупера́ция (от англ. Resource recovery) — это использование отходов в качестве исходного материала для создания ценных продуктов на выходе. Цель заключается в том, чтобы уменьшить количество образующихся отходов, при этом сократив потребность в местах для свалок, и оптимизировать ценности, получаемые из мусора[1]. Рекуперация, или же восстановление ресурсов, откладывает необходимость использования сырья в производственном процессе. Материалы, содержащиеся в твёрдых бытовых отходах, строительном мусоре, а также коммерческих и промышленных отходах[2], могут применяться для извлечения ресурсов при производстве новых товаров и изделий. Пластик, бумага, алюминий, стекло и металл являются примерами того, как извлечь ценность из отходов.
Рекуперация — это не просто система управления отходами, а часть экономики замкнутого цикла, при которой добыча природных ресурсов и образование отходов сведены к минимуму, а материалы и продукты разработаны с учётом долговечности, повторного использования, ремонтопригодности, дополнительного производства и переработки[3]. Анализ жизненного цикла применяют для сравнения потенциала восстановления ресурсов различных технологий обработки.
Рекуперация также может являться целью сферы санитарии. В данном случае речь идёт о подходах к восстановлению ресурсов, содержащихся в сточных водах и экскрементах людей (моче и кале). Термин «туалетные ресурсы» начали использовать в XXI веке[4], к ним относятся: питательные (азот и фосфор) и органические вещества, энергия и вода. Эту концепцию также называют экосанитарией. Разделение потоков отходов может упростить процесс регенерации ресурсов, например, разделение мочи и фекалий (как в туалетах для слива мочи) или же серой и чёрной воды.
Источники восстановления
Рекуперация может влиять на государственную политику и инфраструктуру экономики замкнутого цикла, такой как «мусорная инфраструктура», которая способствует разделению, повторному использованию и переработке отходов[5], на инновационные бизнес-модели экономики замкнутого цикла[6], оценку материалов и продуктов с точки зрения их экономических, а также социальных и экологических затрат и выгод[7]. Например, органические материалы можно перерабатывать с помощью компостирования и метанового брожения и превращать их в энергию, компост или удобрения[8]. Аналогичным образом, отходы, хранящиеся на промышленных свалках и вокруг старых шахт, можно обрабатывать биовыщелачиванием[9] и наночастицами[10], созданных по определённым технологиям, чтобы извлечь такие металлы, как литий, кобальт и ванадий, и использовать их в низкоуглеродных технологиях, например, в электромобилях или ветрогенераторах[11].
Ограничивающим фактором рекуперации является необратимая потеря сырья из-за увеличения его энтропии в линейной бизнес-модели[12]. Энтропия увеличивается за счёт смешивания материалов при их сборке, начиная с образования отходов в процессе производства и заканчивая коррозией и износом в период использования. В конце жизненного цикла происходит рост беспорядка, возникающего в результате смешивания материалов на свалках[12]. Из-за такого прямого воздействия энтропии возможности восстановления ресурсов уменьшаются. Данный факт ещё больше мотивирует к созданию инфраструктуры и бизнес-модели экономики замкнутого цикла.
Твёрдые отходы
Переработка — это метод восстановления ресурсов, подразумевающий сбор и повторное использование утилизированных материалов, таких как пустая тара из-под напитков. Материалы, из которых изготовлены эти предметы, можно перерабатывать в новые продукты, кроме того, они собираются отдельно от общих отходов с помощью специальных контейнеров и транспортных средств и сортируются непосредственно из смешанных потоков отходов.
Наиболее часто перерабатываются такие потребительские материалы, как алюминий, например, банки из-под напитков, медь (проволока), стальные банки пищевых продуктов и аэрозолей, старая металлическая мебель или оборудование, полиэтиленовые и ПЭТ-бутылки, стеклянные бутылки, картонные коробки, газеты, журналы и лёгкая бумага, а также коробки из гофрированного картона.
Поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности, полипропилен и полистирол также подлежат вторичной переработке. Эти материалы обычно состоят из одного типа вещества, поэтому их относительно легко перерабатывать в новые продукты. Переработка сложных изделий (таких как компьютеры и электронное оборудование) наиболее энергозатратна из-за необходимости дополнительной разборки и сортировки.
Типы перерабатываемого вторсырья варьируются в зависимости от города и страны, в которых действуют различные программы по переработке, позволяющие справиться с видами данного вторсырья.
Сточные воды и экскременты
Из сточных вод, их осадков, фекалий и человеческих экскрементов можно извлечь ценные ресурсы[13], к ним относятся: вода, энергия, питательные вещества (азот[14], фосфор[15], калий), а также микроэлементы, например, сера и органические вещества. Постепенно растёт интерес к извлечению из сточных вод другого сырья(биопластика и металлов, таких как серебро). Изначально системы водоотведения предназначались только для выведения экскрементов и сточных вод из городских районов. Для смыва отходов использовали воду, часто попадающую в близлежащие водоёмы. В 1970-х годах люди начали очищать сточные воды для защиты окружающей среды, поэтому все усилия были направлены, в основном, на очищение воды в конце трубы. Примерно с 2003 года появились концепции экологической и устойчивой санитарии с упором на извлечение ресурсов из сточных вод. С 2016 года в обиход вошёл термин «туалетные ресурсы», который побудил людей обратить внимание на потенциал извлечения ресурсов из туалетов[4].
Восстановлены могут быть следующие ресурсы:
- Вода: Во многих районах, где существует нехватка воды, всё чаще возникает необходимость её извлечения из сточных вод[13]. В 2006 году Всемирная организация здравоохранения в сотрудничестве с Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН и Программой ООН по окружающей среде разработали руководство по безопасному использованию сточных вод[16]. Кроме того, у многих национальных правительств есть свои собственные правила[13]. Например, Сингапур стремится извлечь из систем сточных вод достаточно воды, чтобы удовлетворить потребности половины города. Они называют эту программу «NEWater». Другим методом повторного использования сточных вод считается добыча воды из канализации.
- Энергия: Производство биогаза из осадка сточных вод является обычной практикой на станциях очистки сточных вод. К тому же, проводились исследования методов использования осадка сточных вод и экскрементов в качестве источника топлива[17].
- Удобряющие питательные вещества: Экскременты человека содержат азот, фосфор, калий и другие микроэлементы, необходимые для сельскохозяйственного производства. Их можно извлечь с помощью химического осаждения или очистки, а также просто используя сточные воды или же их осадок. Однако повторное применение такого осадка достаточно рискованно из-за высоких концентраций нежелательных соединений, таких как тяжёлые металлы, стойкие фармацевтические загрязнители окружающей среды и другие химические вещества[13]. Поскольку большинство питательных компонентов для удобрений содержится в экскрементах, необходимо отделить экскрементные составляющие сточных вод (например, туалетные отходы) от остального потока[18]. Это снижает риск образования нежелательных соединений и уменьшает объём, который нужно обрабатывать перед введением полученных питательных веществ в сельскохозяйственное производство.
Разрабатываются и другие методы преобразования сточных вод в ценные продукты. Выращивание чёрных львинок в экскрементах или органических отходах позволяет получать личинки мух в качестве белкового продукта[19]. Другие исследователи собирают жирные кислоты из сточных вод для производства биопластика[20].
Органические материалы
Органические материалы, такие как растительные, пищевые отходы и бумага, перерабатывают с помощью биологического компостирования и процессов сбраживания, чтобы разложить органические вещества. Полученный материал затем превращают в мульчу или компост для сельскохозяйственных или ландшафтных целей. Кроме того, образующийся газ (например, метан) собирают и используют для производства электричества и тепла (ТЭЦ/когенерация), что является максимально эффективным. Цель биологической переработки — контролировать и ускорять естественный процесс разложения органических веществ.
Существует большое разнообразие методов и технологий компостирования и сбраживания, различающихся по сложности: от простых домашних компостных кучек до небольших городских перегнивателей периодического действия и промышленных установок для сбраживания смешанных бытовых отходов в закрытых ёмкостях. Методы биологического разложения традиционно делятся на аэробные и анаэробные, хотя существуют и комбинированные технологии.
Метановое брожение органической части твёрдых бытовых отходов признали более экологически эффективным, чем свалки, сжигание мусора или пиролиз. Для сравнения различных технологий использовали анализ жизненного цикла. Получаемый биогаз (метан) должны применять при когенерации (электричества и тепла, предпочтительно на месте производства или рядом с ним) с небольшой доработкой газовых двигателей внутреннего сгорания или турбин. При дальнейшей переработке в синтетический природный газ, его можно закачивать в газовую сеть или преобразовать в водород для стационарных когенерационных топливных элементов. Такой подход исключает загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.
Промышленные отходы
Валоризация отходов, выгодное повторное использование, полезное применение, возврат ценности или рекультивация отходов — это процесс валоризации (придания экономической ценности) отходов или остатков экономического производства путём повторного использования или переработки с целью создания экономически полезных материалов. Термин заимствован из методов устойчивого производства и экономики, промышленной экологии и управления отходами. Его обычно применяют в промышленных процессах, где остатки от создания или переработки одного товара используются в качестве сырья или энергии для другого. Промышленные отходы, в частности, отлично подходят для валоризации, потому что они, как правило, более последовательны и предсказуемы, чем другие, например, бытовые.
Исторически сложилось так, что в большинстве промышленных процессов отходы рассматривались как нечто, подлежащее утилизации и вызывающее загрязнение при отсутствии надлежащего обращения. Однако усиление контроля над остаточными материалами и социально-экономические изменения, такие как внедрение идей устойчивого развития и экономики замкнутого цикла в 1990—2000-х, привлекли внимание к промышленным технологиям по восстановлению этих ресурсов в качестве материалов с добавленной стоимостью. Учёные также заботятся о поиске экономической ценности для снижения воздействия на окружающую среду других отраслей промышленности, например, разработки недревесных ресурсов леса для поддержки сохранения природы.
Методы восстановления ресурсов
Во многих странах одним из методов восстановления ресурсов является раздельный сбор мусора на улицах.
Австралия
В Австралии каждому домохозяйству предоставляются несколько контейнеров: один для переработки (с жёлтой крышкой), второй для общих отходов (обычно с красной крышкой) и третий для садовых материалов (с зелёной крышкой). Последний выделяет муниципалитет при необходимости. В некоторых населённых пунктах предусмотрена двойная переработка: бумагу собирают в мешки или коробки, а все остаточные материалы — в контейнеры для вторсырья. В любом случае весь собранный мусор грузовик доставляет на предприятие по утилизации материалов в целях дальнейшей переработки.
Городской, коммерческий, строительный и промышленный мусор, а также материалы от сноса зданий выбрасываются на свалки, а часть из них перерабатывается. Бытовые отходы разделяют на: вторсырьё (сортируют и превращают в новые продукты) и непригодные материалы (выбрасывают на свалки). По данным Австралийского бюро статистики, уровень утилизации достаточно высок и «растёт: 99 % домохозяйств сообщили, что они перерабатывали или вторично использовали отходы в течение последнего года (2003 год), по сравнению с 85 % в 1992 году»[21]. В 2002—2003 годах переработали «30% материалов, поступающих из городов, 45 % — от коммерческих и промышленных предприятий и 57 % — от строительного мусора и отходов, полученных для сноса зданий». В рамках восстановления ресурсов также вырабатывается энергия: часть свалочного газа используют для производства топлива или электроэнергии, хотя это считается крайней мерой, поскольку смысл заключается в том, чтобы полностью избежать образования отходов на свалках.
Устойчивое развитие
Восстановление ресурсов — это ключевой компонент в стремлении предприятий поддерживать аккредитацию ISO 14001. Компаниям рекомендуется ежегодно повышать свою экологическую эффективность. Одним из способов в данном случае является переход от системы управления отходами к методу восстановления ресурсов (например, переработка стекла, пищевых отходов, бумаги, картона, пластиковых бутылок и т. д.)
Образованность и осведомлённость в области восстановления ресурсов становятся всё более значимы с точки зрения глобального управления ими. Таллуарская декларация — это проект по устойчивому развитию, в котором подчёркиваются опасения на тему невиданных масштабов, скорости загрязнения, реакции разложения окружающей среды, а также истощения природных ресурсов. Местное, региональное и глобальное загрязнение воздуха, накопление и распространение токсичных отходов, уничтожение и истощение лесов, почвы и воды, разрушение озонового слоя и выбросы газов «зелёного дома» угрожают жизни людей и тысячам других видов животных, сохранению Земли и её биоразнообразию, безопасности наций и наследию будущих поколений. Несколько университетов выполнили пункты данной декларации, разработав программы по управлению окружающей средой и восстановлению ресурсов. Высшее и профессиональное образование в этой сфере поддерживают различные организации, например, «WAMITAB» и «Chartered Institution of Wastes Management» («Институт управления отходами»). Многие супермаркеты призывают покупателей обращаться к их торговым автоматам, чтобы сдать использованную купленную тару и получить компенсацию за её переработку. Среди брендов, выпускающих данное оборудование, — «Tomra» и «Envipco».
В 2010 году телеканал CNBC показал документальный фильм «Trash Inc: The Secret Life of Garbage» об отходах, о том, что с ними происходит, когда их «выбрасывают», а также об их влиянии на мир[22].
В 2015 году Организация Объединённых Наций установила 17 целей устойчивого развития, из которых двенадцатая, «Ответственное потребление и производство», оценивает прогресс по 11 задачам с 13 показателями. 3, 4 и 5 цели касаются образования отходов при производстве продуктов питания и химических веществ[23].
Расширенная ответственность производителя
Расширенная ответственность производителя — это стратегия ценообразования, способствующая включению всех затрат, связанных с конкретным продуктом на протяжении всего его жизненного цикла. Если рыночная цена также отражает «затраты на утилизацию в конце жизненного цикла», это способствует более точному ценообразованию. Данный термин подразумевает ответственность за весь жизненный цикл продукции, начиная от её производства, упаковки, транспортировки и заканчивая утилизацией или повторным использованием. Эта стратегия требует, чтобы компании, производящие импортирующие или продающие продукцию, несли за неё ответственность на протяжении всего срока службы, утилизации или повторного использования.
См. также
Примечания
- ↑ Iacovidou, Eleni; Millward-Hopkins, Joel; Busch, Jonathan; Purnell, Philip; Velis, Costas A.; Hahladakis, John N.; Zwirner, Oliver; Brown, Andrew (2017-12-01). “A pathway to circular economy: Developing a conceptual framework for complex value assessment of resources recovered from waste”. Journal of Cleaner Production. 168: 1279—1288. DOI:10.1016/j.jclepro.2017.09.002. ISSN 0959-6526.
- ↑ Miller, Norman The industry creating a third of the world's waste (англ.). www.bbc.com (16 декабря 2021). Дата обращения: 2 января 2022.
- ↑ Velenturf, Anne P. M.; Archer, Sophie A.; Gomes, Helena I.; Christgen, Beate; Lag-Brotons, Alfonso J.; Purnell, Phil (2019-11-01). “Circular economy and the matter of integrated resources”. Science of the Total Environment. 689: 963—969. Bibcode:2019ScTEn.689..963V. DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.06.449. ISSN 0048-9697. PMID 31280177.
- ↑ 1 2 The Sanitation Economy. Toilet Board Coalition (26 марта 2018).
- ↑ Purnell, Phil (2019-01-02). “On a voyage of recovery: a review of the UK's resource recovery from waste infrastructure”. Sustainable and Resilient Infrastructure. 4 (1): 1—20. DOI:10.1080/23789689.2017.1405654. ISSN 2378-9689.
- ↑ Bocken, N. M. P.; Short, S. W.; Rana, P.; Evans, S. (2014-02-15). “A literature and practice review to develop sustainable business model archetypes”. Journal of Cleaner Production. 65: 42—56. DOI:10.1016/j.jclepro.2013.11.039. ISSN 0959-6526.
- ↑ Velenturf, Anne P. M.; Jopson, Juliet S. (2019-01-15). “Making the business case for resource recovery”. Science of the Total Environment. 648: 1031—1041. Bibcode:2019ScTEn.648.1031V. DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.08.224. ISSN 0048-9697. PMID 30340251.
- ↑ Marshall, Rachel; Sadhukhan, Jhuma; Macaskie, Lynne; Semple, Kirk; Velenturf, Anne; Jopson, Juliet (2018-10-09). “The organic waste gold rush: optimising resource recovery in the UK bioeconomy”.
- ↑ Gomes, Helena I.; Funari, Valerio; Mayes, William M.; Rogerson, Mike; Prior, Timothy J. (2018-09-15). “Recovery of Al, Cr and V from steel slag by bioleaching: Batch and column experiments”. Journal of Environmental Management. 222: 30—36. DOI:10.1016/j.jenvman.2018.05.056. ISSN 0301-4797. PMID 29800862.
- ↑ Crane, R. A.; Sapsford, D. J. (2018-07-01). “Towards "Precision Mining" of wastewater: Selective recovery of Cu from acid mine drainage onto diatomite supported nanoscale zerovalent iron particles”. Chemosphere. 202: 339—348. Bibcode:2018Chmsp.202..339C. DOI:10.1016/j.chemosphere.2018.03.042. HDL:10871/31986. ISSN 0045-6535. PMID 29574387.
- ↑ Marshall, Rachel; Velenturf, Anne; Jopson, Juliet (2018-05-29). “Making the most of industrial wastes: strengthening resource security of valuable metals for clean growth in the UK”.
- ↑ 1 2 Lienig, Jens. Recycling Requirements and Design for Environmental Compliance // Fundamentals of Electronic Systems Design / Jens Lienig, Hans Bruemmer. — Springer, 2017. — P. 193–218. — ISBN 978-3-319-55839-4. — doi:10.1007/978-3-319-55840-0_7.
- ↑ 1 2 3 4 Otoo, Miriam. Resource recovery from waste: business models for energy, nutrient and water reuse in low- and middle-income countries / Miriam Otoo, Pay Drechsel. — Oxon, UK : Routledge - Earthscan, 2018.
- ↑ Nitrogen recovery by VEAS/Yara
- ↑ Phosphate recovery from sewage
- ↑ WHO (2006). WHO Guidelines for the Safe Use of Wastewater, Excreta and Greywater — Volume IV: Excreta and greywater use in agriculture. World Health Organization (WHO), Geneva, Switzerland
- ↑ Production of Pellets and Electricity from Faecal Sludge, SANDEC NEWS (2015). Дата обращения: 27 ноября 2017.
- ↑ Larsen, Tove A. Source Separation and Decentralization for Wastewater Management : [англ.] / Tove A. Larsen, Kai M. Udert, Judit Lienert. — IWA Publishing, 2013-02-01. — ISBN 9781843393481.
- ↑ Lalander, Cecilia; Diener, Stefan; Magri, Maria Elisa; Zurbrügg, Christian; Lindström, Anders; Vinnerås, Björn (2013). “Faecal sludge management with the larvae of the black soldier fly (Hermetia illucens) — From a hygiene aspect”. Science of the Total Environment. 458—460: 312—318. Bibcode:2013ScTEn.458..312L. DOI:10.1016/j.scitotenv.2013.04.033. PMID 23669577.
- ↑ 'Revolutionary' Tech Makes Plastic From Wastewater, Water Online (7 апреля 2015). Дата обращения: 27 ноября 2017.
- ↑ Statistics, c=AU; o=Commonwealth of Australia; ou=Australian Bureau of Chapter - Household waste (англ.). www.abs.gov.au (7 августа 2007). Дата обращения: 25 января 2022.
- ↑ Television review: 'Trash Inc.', Susan Carpenter, Los Angeles Times, 29 September 2010
- ↑ United Nations (2017) Resolution adopted by the General Assembly on 6 July 2017, Work of the Statistical Commission pertaining to the 2030 Agenda for Sustainable Development (A/RES/71/313)