На ранних этапах развития человечества в основном только природные процессы, такие как извержение вулканов, землетрясения, лесные пожары и другие различные катаклизмы, влияли на загрязнение окружающей среды. Что касается воздействия антропогенного характера, оно было незначительным, пока ситуация не начала меняться с появлением и дальнейшим развитием промышленных производств.

На окружающую среду значительно повлияло увеличение отходов, число которых росло с увеличением производимых промышленных и бытовых продуктов производств.

Если до определенного периода развития человечества природа справлялась с переработкой отходов самостоятельно, то увеличение отходов промышленного, бытового и сельскохозяйственных производств нарушило эту систему.

Согласно определению, отходы – это такие продукты, которые образуются в результате деятельности человека, как побочные, нежелательные, их дальнейшее использование невозможно, и они подлежат утилизации, переработке или захоронению.

Отходы делятся на две группы – отходы производства и отходы потребления.

Техногенные отходы (отходы производства) – это остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, которые образуются в процессе производства готовой продукции. Такие остатки невозможно использовать в других процессах или как готовый продукт, поскольку они утратили свои качества.

Отходы производства могут образовываться на любой стадии производственного процесса. Это могут быть отходы, образовавшиеся и во время добычи сырья, и во время эксплуатации готового изделия и так далее.

Отходы потребления также носят название антропогенные отходы. Это какие-либо изделия и вещества, которые когда-то были в употреблении, а теперь не подлежат восстановлению.

Говоря об увеличении промышленных и бытовых отходов, нельзя не затронуть тему сбережения и рационального использования ресурсов нашей планеты. Поскольку большинство ресурсов являются исчерпаемыми, то их бесконтрольное использование является недопустимым.

В таком контексте большое значение приобретает переработка и утилизация отходов, поскольку отходы определенной стадии производства могут являться сырьем для другой стадии или другого производственного процесса.

В основе технологий переработки и утилизации различных видов отходов лежат механические, гидродинамические, тепловые, диффузионные, химические и биохимические процессы. Также некоторые технологии переработки и утилизации отходов реализуются путем сочетания этих процессов.

Для подготовки отходов к переработке или утилизации применяются механические методы. К ним относится измельчение (дробление, грохочение), агрегирование (гранулирование, таблетирование, брикетирование, высокотемпературная агломерация, смешение материалов), сепарация (магнитная сепарация, электрический метод обогащения) и так далее.

Так, например, при подготовке металлолома к переплаву, его могут подвергать механической резке, пакетированию, брикетированию, дроблению стружки и так далее.

Для реализации процесса переработки или процесса утилизации отходов необходимо произвести разделение смесей отходов и реализовать их перемещение. Данные процессы реализуются различными гидродинамическими методами, среди которых гравитационное отстаивание под действием силы тяжести в отстойниках и флотаторах, разделение под действием центробежной силы в центрифугах и циклонах, фильтрация под действием разности давлений через фильтрующую перегородку в различных фильтрах, электрофильтрация под действием электрического поля в электрофильтрах.

При утилизации и переработке отходов происходит процессы сжигания и пиролиза, которые реализуются благодаря тепловым процессам. Также тепловые процессы являются частью процессов, в результате которых выделяется тепло, которое необходимо утилизировать, и процессов, в которых есть необходимость охлаждения отходов и продуктов их переработки.

Так, например, пиролиз является основным направлением утилизации отходов пластмасс в промышленности, в результате чего получают жидкое и газообразное топливо.

При обработке отходов могут происходить процессы окисления и восстановления, переход материала из одного состояния в другое, изменение характеристик и так далее. В таком случае используются химические методы обработки отходов. К ним относится растворение, выщелачивание (экстрагирование), кристаллизация, хлорирование, озонирование, сжигание и так далее.

Так, например, химическая чистка органическими растворителями является неотъемлемой частью первичной обработки текстильных отходов.

Еще один пример применения химических методов – использование методов лесохимической технологии для получения из отходов древесины древесного угля, уксусной кислоты, канифоли и других продуктов.

Еще одно направление утилизации отходов – это утилизация с использованием микроорганизмов. Речь идет о биохимических методах.

Например, отходы древесины широко используются гидролизной промышленностью для получения этилового спирта, глюкозы, органических кислот и других продуктов. Получение данных продуктов возможно благодаря использованию микроорганизмов, превращающих полисахариды отходов древесины в моносахариды.

Наиболее распространенными методами воздействия на отходы с целью дальнейшей утилизации или переработки являются термические методы. К ним относятся: жидкофазное окисление, гетерогенный катализ, газификация и пиролиз отходов, плазменный и огневой методы и биотермические методы. С помощью этих методов происходит обезвреживание отходов. Также в ходе этих процессов происходит получение энергии и твердого, жидкого или газообразного топлива при пиролизе.

В основе таких процессов лежат процессы окисления, разложения и восстановления химических соединений, каждый из которых реализуется в зависимости от условий. Это нужно для того, чтобы уменьшить объем отходов, а также обезвредить их и, возможно, получить из отходов ценные продукты для дальнейшей реализации.

Каждый из представленных методов может быть использован самостоятельно, а может быть использован в сочетании с другими методами.

Далее необходимо остановиться подробнее на таких термических методах, как газификация, пиролиз, биотермические методы и огневой метод, так как данные методы используются для переработки и утилизации твердых отходов.

Нужно отметить, что перед тем, как утилизировать твердые отходы, их необходимо разделить на компоненты и переработать сепарированные материалы различными методами. В некоторых случаях бывает необходимо придать компонентам определенный вид, который обеспечит возможность утилизации.

Для переработки твердых отходов с получением горючего газа, смолы и шлака применяется метод газификации, который также пригоден для переработки дробленных сыпучих газопроницаемых отходов.

Еще один распространенный метод обработки твердых отходов – это пиролиз. Данный метод заключается в том, что термическое разложение отходов происходит без доступа воздуха. Данный метод подходит для переработки пластмасс, резины и так далее.

Также для обработки твердых отходов подходят биотермические методы переработки твердых отходов. К ним относится аэробная и анаэробная ферментация – биохимический процесс разложения органической части отходов микроорганизмами.

Процесс аэробной ферментации – это взаимодействие органического материала с кислородом и бактериями. Результатом такого процесса является выделение углекислого газа, воды и тепла.

В процессе анаэробной ферментации происходит разложение органических компонентов в анаэробных условиях, а продуктом ферментации является метан, который генерируется под воздействием анаэробных бактерий. Данный процесс с образованием биогаза происходит естественным путем в условиях полигонного захоронения ТБО.

Самым универсальным способом, который позволяет обезвредить и переработать отходы, является огневой способ. Это способ является также наиболее надежным и эффективным, а иногда единственным возможным. Его особенность заключается в том, что он применим и для жидких отходов, и для твердых, и для газообразных, и для пастообразных, и для утилизации негорючих отходов.

Все вышеперечисленные термические методы применяются в процессах переработки и утилизации твердых отходов, которые образуются в результате процессов металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности, производства и потребления пластмасс, полимерных материалов, резиновых изделий, текстильных материалов, древесного производства и сельскохозяйственной продукции.