Валоризация отходов

Валоризация отходов, полезное повторное использование, полезное использование, восстановление стоимости или утилизация отходов [1] — это процесс валоризации отходов или остатков экономического процесса (с учетом экономической стоимости) путем повторного использования или переработки с целью создания экономически полезных материалов. [2] [1] [3] Термин происходит из практики устойчивого производства и экономики , промышленной экологии и управления отходами . Термин обычно применяется в промышленных процессах, где отходы от создания или переработки одного товара используются в качестве сырья или энергетического сырья для другого промышленного процесса. [1] [3] Промышленные отходы , в частности, являются хорошими кандидатами для валоризации, поскольку они, как правило, более последовательны и предсказуемы, чем другие отходы, такие как бытовые отходы . [1] [4]

Исторически сложилось так, что большинство промышленных процессов рассматривали отходы как нечто, подлежащее утилизации, что приводило к промышленному загрязнению, если не обращаться с ними должным образом. [5] Однако усиление регулирования остаточных материалов и социально-экономические изменения, такие как внедрение идей об устойчивом развитии и круговой экономике в 1990-х и 2000-х годах, усилили внимание к промышленным методам извлечения этих ресурсов в качестве материалов с добавленной стоимостью . [5] [6] Ученые также сосредотачиваются на поиске экономической ценности для снижения воздействия на окружающую среду других отраслей, например, на развитии недревесных лесных продуктов для поощрения сохранения.

Биомасса

Пожнивные остатки

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

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, сложнее использовать, потому что они часто имеют гораздо большее разнообразие, чем другие источники отходов — разные места и разные временные интервалы производят очень разные составы материала, что затрудняет их использование в промышленных процессах. [6] [7]

Преобразование пищевых отходов в пищевые продукты, кормовые продукты или преобразование их в или извлечение пищевых или кормовых ингредиентов называется валоризацией пищевых отходов. Валоризация пищевых отходов предлагает экономическую и экологическую возможность, которая может уменьшить проблемы их обычной утилизации. Было показано, что пищевые отходы являются ценными биоресурсами, которые могут быть использованы для получения ряда полезных продуктов, включая биоудобрения , биопластики , биотопливо , химикаты и нутрицевтики. Существует большой потенциал для переработки пищевых отходов путем преобразования в белок насекомых . [8]

Человеческие экскременты

Урожай перца , выращенного с использованием компоста из человеческих экскрементов в экспериментальном саду на Гаити.

Повторное использование человеческих экскрементов — это безопасное и полезное использование обработанных человеческих экскрементов после применения соответствующих этапов обработки и подходов к управлению рисками, которые адаптированы для предполагаемого повторного использования. Полезное использование обработанных экскрементов может быть сосредоточено на использовании доступных для растений питательных веществ (в основном азота, фосфора и калия), которые содержатся в обработанных экскрементах. Они также могут использовать органические вещества и энергию, содержащиеся в экскрементах. В меньшей степени может также иметь место повторное использование водного содержимого экскрементов, хотя это более известно как рекультивация воды из муниципальных сточных вод . Предполагаемые повторные применения для содержания питательных веществ могут включать: почвенный кондиционер или удобрение в сельском хозяйстве или садоводстве . Другие повторные применения, которые больше сосредоточены на содержании органических веществ в экскрементах, включают использование в качестве источника топлива или источника энергии в виде биогаза .

Существует большое и растущее число вариантов обработки, чтобы сделать экскременты безопасными и управляемыми для предполагаемого варианта повторного использования. [9] Варианты включают отвод мочи и дегидратацию фекалий ( сухие туалеты с отводом мочи ), компостирование ( компостирующие туалеты или внешние процессы компостирования ), технологии обработки осадка сточных вод и ряд процессов обработки фекального осадка . Все они достигают различной степени удаления патогенов и снижения содержания воды для более легкой обработки. Патогенами, вызывающими беспокойство, являются кишечные бактерии, вирусы, простейшие и яйца гельминтов в фекалиях. [10] Поскольку яйца гельминтов являются патогенами, которые труднее всего уничтожить с помощью процессов 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, что может вызвать загрязнение грунтовых вод и, таким образом, потенциально повлиять на качество питьевой воды .

Отходы горнодобывающей промышленности

Отходы добычи и другие отходы горнодобывающей промышленности могут быть очень большими по объему и вызывать значительные экологические проблемы даже при правильном хранении (например, прорывы хвостохранилищ и дренаж кислых шахтных вод ). [11] Кроме того, растет спрос на редкие минералы, обнаруженные в хвостохранилищах. [11]

Иногда повторное использование может осуществляться на месте для решения других проблем, связанных с добычей полезных ископаемых, например, использование щелочных пород для снижения кислотности шахтного дренажа . [12] [13]

Красный шлам является побочным продуктом процесса Байера , который является основным процессом, используемым для получения глинозема из бокситов . Было предложено множество вариантов использования этого высокощелочного вещества , среди которых — смягчение кислотного дренажа шахт. [14]

Самый большой объем отходов - особенно при открытой добыче - обычно представляет собой вскрышные породы , которые либо используются для заполнения шахты после прекращения добычи, либо могут быть использованы в различных строительных целях, в качестве заполнителя или для создания засыпки. [15] Однако, в зависимости от состава материала, это может быть сопряжено с рисками и опасностями, если загрязняющие вещества, такие как тяжелые металлы, загрязняют материал. [16] При горнодобывающих работах, которые удаляют значительные объемы материала даже после заполнения вскрышных пород, полученная земля часто оказывается ниже естественного уровня грунтовых вод. [17] В Германии бывшие карьеры по добыче лигнита были, таким образом, превращены в Лужицкое поозерье , Центрально-германское поозерье и другие подобные районы. [18]

Ядерные отходы

Хотя отходы низкого и среднего уровня активности обычно не являются предметом особого внимания общественности, они составляют основную часть (по объему и массе) ядерных отходов . Однако отработанное топливо ответственно за подавляющее большинство радиоактивности, производимой атомными электростанциями. [19]

Существуют активные промышленные масштабные приложения валоризации отходов с использованием отработанного ядерного топлива - в первую очередь ядерная переработка с использованием процесса PUREX , который дает реакторный плутоний для использования в МОКС-топливе, а также переработанный уран . [20] В дополнение к этому процессу, существуют многочисленные предложения и мелкомасштабные приложения по восстановлению различных веществ для использования. Хотя более 90% отработанного топлива составляет уран, остальное (а именно продукты деления , второстепенные актиниды и плутоний) также привлекло значительное внимание. Высокоценные продукты, содержащиеся в отработанном топливе, имеют как радиоактивные приложения, такие как америций-241 для использования в дымовых извещателях, тритий , нептуний-237 для использования в качестве предшественника плутония-238 или различных промышленных радионуклидов, таких как криптон-85 , цезий-137 или стронций-90 , так и нерадиоактивные приложения, поскольку некоторые продукты деления быстро распадаются на стабильные или по существу стабильные нуклиды. Элементы последней категории включают ксенон , [21] рутений или родий . [22] Существуют также предложения использовать теплоту распада отработанного топлива, которое в настоящее время «тратится впустую» в бассейне отработанного топлива , для выработки электроэнергии и/или централизованного теплоснабжения . [23] Стронций-90 подходит в качестве топлива для радиоизотопного термоэлектрического генератора и в прошлом извлекался из отработанного ядерного топлива для этой цели. [24] Однако необходимость переработки высокореактивного металла в инертную перовскитную форму титаната стронция снижает плотность мощности до «всего» около 0,46 Вт на грамм. [25] Цезий-137 также может использоваться для облучения пищевых продуктов . [26]

Область исследования

Академический журнал Waste & Biomass Valorization публикует научные статьи по этой теме и был впервые опубликован в 2010 году. [5] [27] Специальный выпуск Journal of Industrial Ecology был посвящен валоризации в 2010 году. [4]

Routledge опубликовал учебник по этой теме в 2016 году. [28] Специальный выпуск журнала Journal of Environmental Management в 2019 году был посвящен валоризации биомассы и биоотходов. [29]

Ссылки

  1. ^ abcd Кабонго, Жан Д. (2013), «Валоризация отходов», в Idowu, Сэмюэл О.; Капальди, Николас; Зу, 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.
  2. ^ "Waste Valorization". www.aiche.org . Получено 17 июня 2021 г. .
  3. ^ ab «Когда отходы становятся ресурсом для получения энергии и новых материалов». www.biogreen-energy.com . 28 декабря 2017 г. . Получено 17 июня 2021 г. .
  4. ^ ab Nzihou, Ange; Lifset, Reid (март 2010 г.). «Валоризация отходов, замыкание цикла и промышленная экология». Журнал промышленной экологии . 14 (2): 196– 199. Bibcode : 2010JInEc..14..196N. doi : 10.1111/j.1530-9290.2010.00242.x . S2CID  155060338.
  5. ^ abc "Waste and Biomass Valorization". Springer . Получено 17 июня 2021 г.
  6. ^ abcde Аранкон, Рик Арнейл Д.; Лин, Кэрол Сзе Ки; Чан, Кинг Мин; Кван, Цз Хим; Луке, Рафаэль (2013). «Достижения в области валоризации отходов: новые горизонты для более устойчивого общества». Energy Science & Engineering . 1 (2): 53– 71. Bibcode : 2013EneSE...1...53A. doi : 10.1002/ese3.9 . ISSN  2050-0505.
  7. ^ ab Nayak, A.; Bhushan, Brij (1 марта 2019 г.). «Обзор последних тенденций в области методов валоризации пищевых отходов». Журнал управления окружающей средой . 233 : 352–370 . doi :10.1016/j.jenvman.2018.12.041. ISSN  0301-4797. PMID  30590265. S2CID  58620752.
  8. ^ Джагтап, Сандип; Гарсия-Гарсия, Гильермо; Дуонг, Линь; Свейнсон, Марк; Мартиндейл, Уэйн (август 2021 г.). «Копроектирование продовольственной системы и подходы круговой экономики для разработки кормов для скота из личинок насекомых». Foods . 10 (8): 1701. doi : 10.3390/foods10081701 . PMC 8391919 . PMID  34441479. 
  9. ^ Тилли, Элизабет; Ульрих, Лукас; Люти, Кристоф; Реймонд, Филипп; Цурбрюгг, Крис (2014). «Септики». Сборник систем и технологий санитарии (2-е изд.). Дюбендорф, Швейцария: Швейцарский федеральный институт водных наук и технологий (Eawag). ISBN 978-3-906484-57-0.
  10. ^ Хардер, Робин; Вилемейкер, Розанна; Ларсен, Туве А.; Зееман, Гритье; Эберг, Гунилла (18 апреля 2019 г.). «Переработка питательных веществ, содержащихся в человеческих экскрементах, в сельском хозяйстве: пути, процессы и продукты». Критические обзоры в области экологической науки и технологий . 49 (8): 695–743 . Bibcode : 2019CREST..49..695H. doi : 10.1080/10643389.2018.1558889 . ISSN  1064-3389.
  11. ^ ab "Minerals". www.mdpi.com . Получено 17 июня 2021 г. .
  12. ^ 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 .
  13. ^ Хакку, Рашид; Бензаазуа, Мостафа; Бюссьер, Бруно (1 января 2016 г.). «Валоризация фосфатных отходов и шлама из марокканских фосфатных рудников: проблемы и перспективы». Procedia Engineering . 138 : 110–118 . doi : 10.1016/j.proeng.2016.02.068 . ISSN  1877-7058.
  14. ^ Метаэлс metallurgie.rwth-aachen.de [ мертвая ссылка ‍ ]
  15. ^ Das Tagebaugelände wird neu gestaltet braunkohle.de (на немецком языке)
  16. ^ "Die Zerstörer der Appalachen" .
  17. ↑ Грюн, Андреас (10 февраля 2022 г.). «Die Folgen des Braunkohle - Aus 2030». Рейнская почта . Проверено 9 ноября 2023 г. - через PressReader.
  18. ^ "Тагебау-Стандорт Инден". 7 февраля 2023 г.
  19. ^ «Что такое ядерные отходы и что с ними делать? — Всемирная ядерная ассоциация».
  20. ^ "Переработка отработанного ядерного топлива - Всемирная ядерная ассоциация". www.world-nuclear.org . Получено 9 ноября 2023 г. .
  21. ^ Библиотека установок по извлечению редких газов.unt.edu
  22. ^ «Извлечение металлов платиновой группы из высокоактивных радиоактивных отходов».
  23. ^ "Чешские исследователи разрабатывают революционную атомную отопительную установку | DW | 07.04.2021". Deutsche Welle .
  24. ^ "Радиоактивность: Стронций-90" . Получено 9 ноября 2023 г.
  25. ^ «Обзор радиоизотопных термоэлектрических генераторов».
  26. ^ "Пищевое облучение". large.stanford.edu . Получено 9 ноября 2023 г. .
  27. ^ "Waste and Biomass Valorization | Объемы и проблемы". SpringerLink . Получено 17 июня 2021 г. .
  28. ^ "Управление отходами и валоризация: альтернативные технологии". Routledge & CRC Press . Получено 17 июня 2021 г.
  29. ^ "Журнал по экологическому менеджменту | Практики валоризации, переработки и восстановления биоотходов и биомассы | ScienceDirect.com от Elsevier". www.sciencedirect.com . Получено 17 июня 2021 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Waste_valorization&oldid=1217652609"