Валоризация отходов
Повышение ценности отходов, выгодное повторное использование, полезное использование, восстановление стоимости или утилизация отходов [1] — это процесс отходов или остатков экономического процесса повышения ценности (с учетом экономической ценности) путем повторного использования или переработки с целью создания экономически полезных материалов. [2] [1] [3] Этот термин пришел из практики устойчивого производства и экономики , промышленной экологии и управления отходами . Этот термин обычно применяется в промышленных процессах, где отходы производства или переработки одного товара используются в качестве сырья или энергетического сырья для другого промышленного процесса. [1] [3] Промышленные отходы , в частности, являются хорошими кандидатами на валоризацию, поскольку они имеют тенденцию быть более последовательными и предсказуемыми, чем другие отходы, такие как бытовые отходы . [1] [4]
Исторически сложилось так, что в большинстве промышленных процессов отходы рассматривались как нечто, что необходимо утилизировать, что приводило к промышленному загрязнению, если с ними не обращаться должным образом. [5] Однако усиление регулирования остаточных материалов и социально-экономические изменения, такие как внедрение идей устойчивого развития и экономики замкнутого цикла в 1990-х и 2000-х годах, усилили внимание к промышленной практике по восстановлению этих ресурсов в качестве материалов с добавленной стоимостью . [5] [6] Ученые сосредоточены на поиске экономической выгоды для снижения воздействия на окружающую среду других отраслей промышленности, например, развития недревесной лесной продукции для поощрения ее сохранения.
Биомасса
[ редактировать ]Пожнивные остатки
[ редактировать ]Остатки урожая , такие как кукурузные початки , и другие отходы пищевой промышленности , такие как отходы биоперерабатывающих заводов , имеют высокий потенциал для использования в дальнейших процессах, таких как производство биотоплива , биопластиков и других биоматериалов для промышленных процессов. [6] [7]
Пищевые отходы
[ редактировать ]Одной из наиболее плодотворных областей работы являются пищевые отходы: при захоронении на свалках пищевые отходы производят парниковый газ метан и другие токсичные соединения, которые могут быть опасны для людей и местных экосистем. [6] Утилизация свалочного газа и муниципальное компостирование могут улавливать и использовать органические питательные вещества. [6] Пищевые отходы, собранные из непромышленных источников, труднее использовать, поскольку они часто имеют гораздо большее разнообразие, чем другие источники отходов: в разных местах и в разные периоды времени образуются очень разные составы материалов, что затрудняет их использование в промышленных процессах. [6] [7]
Преобразование пищевых отходов в пищевые продукты, кормовые продукты или их преобразование или извлечение пищевых или кормовых ингредиентов называется повышением ценности пищевых отходов. Повышение ценности пищевых отходов предлагает экономические и экологические возможности, которые могут уменьшить проблемы их традиционной утилизации. Было продемонстрировано, что пищевые отходы являются ценными биоресурсами, которые можно использовать для получения ряда полезных продуктов, включая биоудобрения , биопластики , биотопливо , химикаты и нутрицевтики. Существует большой потенциал переработки пищевых отходов путем преобразования их в белок насекомых . [8]
Человеческие экскременты
[ редактировать ]
Повторное использование человеческих экскрементов – это безопасное и выгодное использование обработанных человеческих экскрементов после применения соответствующих мер обработки и подходов к управлению рисками, адаптированных для предполагаемого применения повторного использования. Полезное использование обработанных экскрементов может быть сосредоточено на использовании доступных для растений питательных веществ (в основном азота, фосфора и калия), содержащихся в обработанных экскрементах. Они также могут использовать органические вещества и энергию, содержащиеся в экскрементах. В меньшей степени также может иметь место повторное использование воды, содержащейся в экскрементах, хотя это более известно как рекультивация воды из городских сточных вод . Предполагаемое повторное использование содержания питательных веществ может включать: кондиционер для почвы или удобрения в сельском хозяйстве или садоводстве . Другие применения повторного использования, которые больше ориентированы на содержание органических веществ в экскрементах, включают использование в качестве источника топлива или источника энергии в виде биогаза .
Существует большое и постоянно растущее количество вариантов обработки, позволяющих сделать экскременты безопасными и управляемыми для предполагаемого варианта повторного использования. [9] Варианты включают отведение мочи и обезвоживание фекалий ( сухие туалеты с отведением мочи ), компостирование ( компостирующие туалеты или процессы внешнего компостирования ), технологии обработки осадка сточных вод и ряд обработки фекального осадка процессов . Все они обеспечивают различную степень удаления патогенов и снижения содержания воды для облегчения работы. Возбудителями, вызывающими беспокойство, являются кишечные бактерии, вирусы, простейшие и яйца гельминтов в фекалиях. [10] Поскольку яйца гельминтов являются патогенами, которые труднее всего уничтожить в процессе обработки, их обычно используют в качестве индикаторного организма в схемах повторного использования. Другие риски для здоровья и аспекты загрязнения окружающей среды, которые необходимо учитывать, включают распространение микрозагрязнителей, остатков фармацевтических препаратов и нитратов в окружающей среде, которые могут вызвать загрязнение грунтовых вод и, таким образом, потенциально повлиять на качество питьевой воды .Шахтные отходы
[ редактировать ]Хвосты шахт и другие остатки горнодобывающей промышленности могут иметь очень большой объем и вызывать серьезные экологические проблемы даже при правильном хранении (например, разрушение дамб хвостохранилища и кислотный дренаж шахты ). [11] Кроме того, растет спрос на редкие минералы, содержащиеся в хвостохранилищах. [11]
Иногда повторное использование может осуществляться на месте для решения других проблем, связанных с добычей полезных ископаемых, например, использование щелочных пород для борьбы с кислотным дренажем шахт . [12] [13]
Красный шлам является побочным продуктом процесса Байера , который является основным процессом получения глинозема из бокситов . многочисленные варианты использования этого высокощелочного вещества , в том числе для уменьшения кислотного дренажа шахт. Были предложены [14]
Крупнейшие по объему отходы, особенно при добыче полезных ископаемых открытым способом , обычно представляют собой вскрышные породы , которые либо используются для повторного заполнения шахты, когда добыча прекращается, либо могут использоваться для различных строительных целей, в качестве заполнителя или для создания засыпки. [15] Однако, в зависимости от состава материала, это может быть сопряжено с рисками и опасностями, если материал загрязняют такие загрязнители, как тяжелые металлы. [16] При добыче полезных ископаемых, при которых удаляются значительные объемы материала даже после повторной засыпки вскрышных пород, получаемая земля часто оказывается ниже естественного уровня грунтовых вод. [17] Таким образом , в Германии бывшие буроугольные карьеры были превращены в Лужицкое поозерье , Центрально-Немецкое поозерье и другие подобные территории. [18]
Ядерные отходы
[ редактировать ]Хотя отходы низкого и среднего уровня активности обычно не являются предметом большого внимания общественности, они составляют основную часть (по объему и массе) ядерных отходов . Однако отработанное топливо является причиной подавляющего большинства радиоактивности, производимой атомными электростанциями. [19]
В промышленном масштабе активно применяются методы повышения ценности отходов с использованием отработанного ядерного топлива – в первую очередь ядерная переработка с использованием процесса PUREX , который дает плутоний реакторного качества для использования в МОКС-топливе, а также переработанный уран . [20] В дополнение к этому процессу существует множество предложений и мелкомасштабных применений по извлечению различных веществ для использования. Хотя более 90% отработавшего топлива составляет уран, остальная часть (а именно продукты деления , второстепенные актиниды и плутоний) также привлекла значительное внимание. Высокоценные продукты, содержащиеся в отработавшем топливе, имеют как радиоактивное применение, например, америций-241 для использования в детекторах дыма, тритий , нептуний-237 для использования в качестве предшественника плутония-238 , так и различные промышленные радионуклиды, такие как криптон-85 , цезий-137 или стронций. -90 , а также нерадиоактивные применения, поскольку некоторые продукты деления быстро распадаются до стабильных или практически стабильных нуклидов. К элементам последней категории относятся ксенон , [21] рутений или родий . [22] Есть также предложения использовать теплоту распада отработавшего топлива, которое в настоящее время «тратится» в бассейне отработавшего топлива , для выработки электроэнергии и/или централизованного теплоснабжения . [23] Стронций-90 пригоден в качестве топлива для радиоизотопного термоэлектрического генератора и в прошлом извлекался для этой цели из отработанного ядерного топлива. [24] Однако необходимость переработки высокореактивного металла в инертную перовскитную форму титаната стронция снижает плотность мощности до «всего» примерно 0,46 Вт на грамм. [25] Цезий-137 также можно использовать для облучения пищевых продуктов . [26]
Область исследования
[ редактировать ]Академический журнал Waste & Biomass Valorization публикует исследования по этой теме и впервые был опубликован в 2010 году. [5] [27] Специальный выпуск журнала промышленной экологии в 2010 году был посвящен валоризации. [4]
Рутледж опубликовал учебник по этой теме в 2016 году. [28] Специальный выпуск журнала «Экологический менеджмент» в 2019 году был посвящен повышению ценности биомассы и биологических отходов. [29]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Кабонго, Жан Д. (2013), «Увеличение ценности отходов» , в Идову, Сэмюэл О.; Капальди, Николас; Цзу, Лянгронг; Гупта, Ананда Дас (ред.), Энциклопедия корпоративной социальной ответственности , Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 2701–2706, doi : 10.1007/978-3-642-28036-8_680 , ISBN 978-3-642-28036-8 , получено 17 июня 2021 г.
- ^ «Валоризация отходов» . www.aiche.org . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Когда отходы становятся источником энергии и новых материалов» . www.biogreen-energy.com . 28 декабря 2017 года . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Нзиу, Анж; Лифсет, Рид (март 2010 г.). «Оценка стоимости отходов, замыкание цикла и промышленная экология» . Журнал промышленной экологии . 14 (2): 196–199. Бибкод : 2010JInEc..14..196N . дои : 10.1111/j.1530-9290.2010.00242.x . S2CID 155060338 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Валоризация отходов и биомассы» . Спрингер . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Арансон, Рик Арнейл Д.; Лин, Кэрол Сзе Ки; Чан, король Мин; Кван, Цз Хим; Луке, Рафаэль (2013). «Достижения в области повышения ценности отходов: новые горизонты для более устойчивого общества» . Энергетические науки и инженерия . 1 (2): 53–71. Бибкод : 2013EneSE...1...53A . дои : 10.1002/ese3.9 . ISSN 2050-0505 .
- ^ Перейти обратно: а б Наяк, А.; Бхушан, Бридж (1 марта 2019 г.). «Обзор последних тенденций в области методов повышения ценности пищевых отходов» . Журнал экологического менеджмента . 233 : 352–370. дои : 10.1016/j.jenvman.2018.12.041 . ISSN 0301-4797 . ПМИД 30590265 . S2CID 58620752 .
- ^ Джагтап, Сандип; Гарсия-Гарсия, Гильермо; Дуонг, Линь; Суэйнсон, Марк; Мартиндейл, Уэйн (август 2021 г.). «Совместное проектирование продовольственной системы и подходов циркулярной экономики для разработки кормов для скота из личинок насекомых» . Еда . 10 (8): 1701. doi : 10.3390/foods10081701 . ПМЦ 8391919 . ПМИД 34441479 .
- ^ Тилли, Элизабет; Ульрих, Лукас; Люти, Кристоф; Реймонд, Филипп; Зурбрюгг, Крис (2014). «Септики» . Сборник санитарных систем и технологий (2-е изд.). Дюбендорф, Швейцария: Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (Eawag). ISBN 978-3-906484-57-0 .
- ^ Хардер, Робин; Вилемакер, Розанна; Ларсен, Туве А.; Зееман, Гритье; Оберг, Гунилла (18 апреля 2019 г.). «Переработка питательных веществ, содержащихся в человеческих экскрементах, в сельском хозяйстве: пути, процессы и продукты» . Критические обзоры в области экологических наук и технологий . 49 (8): 695–743. Бибкод : 2019CREST..49..695H . дои : 10.1080/10643389.2018.1558889 . ISSN 1064-3389 .
- ^ Перейти обратно: а б «Минералы» . www.mdpi.com . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ Ретка, Яцек; Ржепа, Гжегож; Байда, Томаш; Древняк, Лукаш (декабрь 2020 г.). «Использование отходов горнодобывающей промышленности для очистки кислотных и щелочных шахтных сточных вод» . Минералы . 10 (12): 1061. Бибкод : 2020Мой...10.1061Р . дои : 10.3390/мин10121061 .
- ^ Хакку, Рашид; Бензаазуа, Мостафа; Бюссьер, Брюно (1 января 2016 г.). «Оценка фосфатных пустых пород и шлама марокканских фосфатных рудников: проблемы и перспективы» . Процедия Инжиниринг . 138 : 110–118. дои : 10.1016/j.proeng.2016.02.068 . ISSN 1877-7058 .
- ^ Metaels Metallurgie.rwth-aachen.de [ мертвая ссылка ]
- ^ Сайт открытой добычи полезных ископаемых обновляется braunkohle.de (на немецком языке)
- ^ «Разрушители Аппалачей» .
- ^ Грюн, Андреас (10 февраля 2022 г.). «Последствия бурого угля – исчезнут в 2030 году» . Рейнская почта . Проверено 9 ноября 2023 г. - через PressReader.
- ^ «Инденский карьерный участок» . 7 февраля 2023 г.
- ^ «Что такое ядерные отходы и что с ними делать? - Всемирная ядерная ассоциация» .
- ^ «Переработка отработанного ядерного топлива – Всемирная ядерная ассоциация» . www.world-nuclear.org . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ Установка по улавливанию редких газов Library.unt.edu
- ^ «Извлечение металлов платиновой группы из высокоактивных радиоактивных отходов» .
- ^ «Чешские исследователи разработали революционную атомную теплоэлектростанцию | DW | 07.04.2021» . Немецкая волна .
- ^ «Радиоактивность: Стронций-90» . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ «Обзор радиоизотопных термоэлектрических генераторов» .
- ^ «Облучение пищевых продуктов» . big.stanford.edu . Проверено 9 ноября 2023 г.
- ^ «Оценка отходов и биомассы | Объемы и проблемы» . СпрингерЛинк . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ «Управление отходами и валоризация: альтернативные технологии» . Рутледж и CRC Press . Проверено 17 июня 2021 г.
- ^ «Журнал экологического менеджмента | Практика повышения ценности, переработки и восстановления биоотходов и биомассы | ScienceDirect.com от Elsevier» . www.sciencedirect.com . Проверено 17 июня 2021 г.