Исследовательская работа по теме: Утилизация бытовых отходов"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

технический лицей № 176  

Утилизация и переработка твердых бытовых отходов.

                                                                                                                    Выполнил ученик 11л1 класса

                                                                   Лысенко Андрей

                                                                                          Руководитель: учитель химии

                                                               Парпура О.Н.  

Карасук

2015

Оглавление.

Введение.

Новое - это не только хорошо забытое, но и хорошо переработанное старое.

Актуальность:   Данная работа посвящается исследованию проблемы загрязнения окружающей среды мусором. Люди выбрасывают мусор каждый день, а как часто они задумываются – куда?! Что с ним потом происходит?

 Одной из главных проблем современности является утилизация и переработка ТБО – твёрдых бытовых отходов. Бытовые отходы, образующиеся в бытовых условиях, обычно твердые, состоящие из твердых веществ (пластмасса, бумага, стекло, кожа и др.) и пищевых отбросов. Но они могут быть и жидкими, представленными сточными водами бытового назначения  [1].  По данным статистики для разных городов и регионов России состав ТБО изменяется в широких пределах. Кроме того, в каждом городе состав ТБО зависит даже от дней недели и сезона года. Например, содержание пищевых отходов весной составляет 20 – 25 %, а осенью 40 – 50 % , что связано с большим потреблением овощей и фруктов. Наметилась тенденция к увеличению содержания бумаги, полимерных материалов [2].  

Есть несколько причин увеличения количества мусора:

1. Увеличение производства товаров массового потребления одноразового использования;

2. Увеличение количества упаковки;

3. Повышение уровня жизни, позволяющего пригодные к использованию вещи заменять новыми

Цель: Найти способ менее вредной переработки электронной техники, с выделением из нее драгоценных  металлов для последующего применения их в производстве

  Задачи:

 Изучить литературу по  проблеме бытовых отходов;

 Изучить влияние ТБО на окружающую среду.

Изучить способы переработки электронной техники

Попытаться найти лучший способ переработки радиодеталей

Найти пути решения проблемы.

Что такое бытовые отходы.

Бытовые отходы представлены различными видами органических и неорганических соединений, естественного или искусственного происхождения . Вы хотите жить в красивом месте, где растут красивые деревья, где цветут яркие, ароматные цветы и живут веселые, крепкие, здоровые люди? Конечно же хотите! А знаете ли вы, что существует целая наука о том, как правильно жить в своем доме, дворе, своей стране, чтобы эти желания исполнялись? Такая наука есть, и называется она экология.    Бытовые отходы (или твёрдые бытовые отходы - ТБО) … вдумайтесь в эти слова. Слово бытовые – от слова быт или быть, а ведь это всё равно, что жить. Так что выходит, что бытовые отходы – это отходы нашей жизни. Подсчитано, что за год на каждого человека приходится 250-300 килограммов твердых отходов [3]. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека, но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Но самое неприятное – многие предметы не гниют, не растворяются, не исчезают.

Способы утилизации твердых бытовых отходов.

В зависимости от вида бытовых отходов различаются и способы их утилизации и переработки. Наиболее распространенными способами переработки бытовых отходов на сегодняшний день  являются следующие способы.

 Самым распространенным на сегодняшний день и один из самых старых – это способ, при котором производиться сбор и захоронение твердых бытовых отходов на специально предназначенных для этого полигонах.

К сожалению, сегодня в России очень часто бытовые отходы утилизируются на полигонах без предварительной подготовки местности. Сами бытовые отходы практически не сортируются, да и выбор места для будущих полигонов, зачастую производится практически стихийно. К тому же еще одним негативным фактором является увеличение числа стихийных полигонов, а так же не санкционированных захоронений, опасных твердых бытовых отходов. Важно, чтобы все эти проблемы решались на государственном уровне.

Таким способом утилизируется до 50-55% всех бытовых отходов по всему миру, данный показатель разнится в разных странах [4].

Далее идет довольно распространенный в развивающихся странах метод утилизации бытовых отходов, путем их сжиганияв специальных высокотемпературных печах. Согласно опубликованной статистики только в Европе в 1995 году таким образом было утилизировано семнадцать процентов всех отходов. Положительная сторона такой утилизации в том, что объем отходов, уменьшается на девяносто процентов, а вес на шестьдесят - семьдесят. Кроме того, при сжигании отходов выделяется тепловая энергия, которую можно использовать для выработки электроэнергии или обогрева помещений. Однако следует признать, что в процессе горения могут образовываться токсины и тяжелые металлы, потому стремясь обезопасить окружающую среду и не допустить выброса токсинов и тяжелых металлов в атмосферу необходимо печи оборудовать сложными и дорогостоящими фильтрами. В процессе использования они также приходят в негодность и отправляются на свалку. Потому при утилизации отходов путем сжигания необходимо большое внимание уделять снижению количества кислотных газов, оксида азота, двуокиси серы и конечно же выброса тяжелых металлов. Все эти вещества наиболее опасны. Они выделяются в процессе горения и могут попасть даже в продукты питания, так как в виде мельчайших частиц сажи попадают на растения, которыми питаются животные. А если человеческий организм усвоит вместе с пищей полученные эти элементы, они могут вызвать самые непредсказуемые последствия и заболевания раком, расстройство гормональной системы организма.

Следующим способом, немного уступающим первому способу по распространенности, но намного превосходящий его по экономическим и экологическим положительным характеристикам, является повторное использование твердых бытовых отходов, то есть вторичная переработка материала с целью получения сырья. Сегодня вторичной переработки может подвергаться довольно большая группа бытовых отходов.  Основными ее представителями являются макулатура, и картонно-бумажные бытовые отходы. После нескольких видов сортировки, дополнительного измельчения происходит специальный технологический процесс, направленный на получение нормальной бумаги и картона из бытовых отходов. Применение этого производства позволяет значительно уменьшить количество вырубаемых для целлюлозной промышленности деревьев. Все это благотворн6о действует на окружающую среду, а так же удешевляет стоимость конечной продукции. Другим видом бытовых отходов, являются алюминиевые банки. Благодаря тому, что их собирают в специальных контейнерах, а затем спрессовывают, облегчается их дальнейшая переработка, что уменьшает количество добываемой алюминиевой руды, и уменьшает стоимость конечного продукта, то есть других алюминиевых банок. В связи со значительным увеличением количества различных пластиковых отходов, встал вопрос о необходимости использования данного вида сырья в промышленности.

Такой подход значительно снижает затраты на электроэнергию при производстве изделий из пластика. Так же одним из видов бытовых отходов, подвергающихся вторичной переработке, являются различные стеклянные бытовые отходы. Их можно применять, как повторно в стеклодувной промышленности, в измельченном виде, либо в других отраслях промышленности, давая им вторую жизнь, а так же сберегая экологию и финансовые средства.

До сих пор сложно говорить о кардинальных изменениях в этой области в нашей стране. Что же касается европейских стран и США, то там люди давно пришли к выводу, что ресурсный потенциал ТБО нужно не уничтожать, а использовать. Нельзя подходить к проблеме ТБО как к борьбе с мусором, ставя задачу любой ценой избавиться от него.

Уже ни для кого не новость, что на улицах западноевропейских городов установлены разноцветные контейнеры для селективного сбора мусора (стекло, макулатура и т.д.). При этом четко распределяются обязанности, и ответственность сторон с учетом общей прибыли.

Особого внимания заслуживает проблема утилизации полимерных бытовых отходов, так как этот материал в большинстве своем не подвержен саморазложению, а при сжигании выделяет крайне ядовитые вещества. Полимеры составляют порядка 10% с прогрессирующим ростом до 20% от общей массы коммунальных отходов страны.

Я предлагаю сравнить  достоинства и недостатки существующих способов утилизации и переработки отходов.

1) Складирование отходов.

2) Захоронение отходов.

3) Сливание отходов в водоёмы.

4)  Сжигание мусора.

Указанные выше сравнительные таблицы убедительно показывают, что все существующие сейчас и широко используемые в нашей стране способы утилизации имеют огромное количество недостатков. Единственным, относительно экологически чистым, способом борьбы с промышленными отходами, на сегодняшний день, является переработка отходов. Я считаю, что в первую очередь, необходимо внедрять станции по вторичной переработке ПЭТ (полиэтиле́нтерефтала́т — термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров), этот процесс бесконечен, а значит - наиболее выгоден. Конечно, необходимо создавать заводы по переработке бытового мусора вокруг больших городов, если не сделать это своевременно, то скоро вся наша планета превратиться в свалку. А ведь путём многоступенчатой переработки мусора можно получать многие виды пластмасс, которые вновь могут быть использованы и переработаны. Этот процесс тоже повторяем, а порой и бесконечен, следовательно, выгоден.

Утилизация отходов электротехники.

А теперь посмотрим вокруг себя. Нас окружает огромное количество электроприборы. Они ломаются , выходят из строя. какие-то приборы долго валяются у нас в гаражах, какие то мы выбрасываем. Но не спешите нести их на ближайшую свалку. Посмотрите на них иначе, не как на ненужный мусор, но как на драгоценную вещь, имеющую стоимость, каторую можно оценить в денежном эквиваленте.

Радиодетали представляют собой активные и пассивные электронные компоненты, используемые для изготовления приборов и электроники. К ним относятся различного рода реле и микросхемы, конденсаторы, транзисторы, резисторы, а также диоды, стабилизаторы и др.

Радиодетали нельзя выбрасывать вместе с пищевыми отходами, и этому есть простое объяснение. Дело в том, что радиодетали, нередко, содержат драгоценные металлы (платина, палладий, серебро, золото), которые могут быть использованы в качестве вторсырья в производстве. Кроме того, попадая на свалку отходов, под воздействием внешней среды, радиодетали могут становиться источником токсического загрязнения почвы и подземных (грунтовых) вод, выделяя в процессе неконтролируемых химических реакций опасные соединения.

Какие радиодетали могут содержать драгоценные металлы?

Это микросхемы, реле, некоторые виды транзисторов, разъемы, диоды и резисторы. Все они могут стать объектом переработки и источнтком дохода одновременно для владельца ненужной радиотехники.

К сожелению у нас в городе нет официальных пунктов приема радиоэлектронного лома,  а в Новосибирске есть фирмы, занимающихся скупкой радиодеталей на лом (ООО «Радиодетали-Плюс»). Такие фирмы, как правило, работают только с юридическими лицами и государственными организациями. Также организации по покупке радиокомпанентов и сырья, содержащего драгметаллы, осуществляют прием радиодеталей у физических лиц, но только в офисе и только при предъявлении паспорта. 

Утилизация радиодеталей заключается в дальнейшей переработке ценных отходов для получения из них необходимых компонентов, представляющих большую ценность для вторичного производства. Кроме того, извлечение вредных компонентов, подлежащих немедленному захоронению в специально отведенных для этой цели местах.

Переработка радиодеталей, сортировка и разборка лома производится с применением ручного труда или на мини станке по переработке микросхем. На первом этапе крупные узлы приборов разделяются на мелкие части, на этом этапе применяется электрический и ручной инструмент.

На следующем этапе мелкие узлы механизированным способом разбираются на отдельные детали, которые после этого сортируются на детали, которые содержат:драгоценные металлы, цветные металлы, черные металлы, неметаллические отходы

Для демонтированных частей, таких как: переключатели, соединители, разработаны специальные технологии переработки. Как правило, это дробление в специальных аппаратах, после чего следует этап разделения полученных материалов на столах покрытых слоем воды.

При переработке электронных компонентов механизированным способом лом подвергается воздушной сепарации, магнитному отбору и другим видам сепарирования.

В результате проведенных операций получается металлический концентрат, в котором содержится некоторое количество драгоценных металлов и основная часть – полимерные отходы.

Я решил проверить, а возможно ли получить золото из радиодеталей в домашних условиях, точнее в условиях химической лаборатории.

Изучив литературу, я пришел к выводу, что золото можно получить методом вытравливания. Этот способ получения драгоценного металла из радиодеталей сравнительно прост. Метод вытравливания основан на химической инертности золота, то есть на его способности вступаю в химическую реакцию с другими химическими элементами. Если вспомнить школьную химию, то золото это металл, который сочетает в себе высокую химическую инертность, от этого металл становится красивым, что делает его, незаменимым благородным и драгоценным металлом для ювелирного дела. Если золото, как и серебро не были такими инертными металлами, их бы не смогли находить в природе в самородном состоянии.

Если проводить сравнение золота с медью и серебром, золото крайне инертно по отношению к кислороду и сере. Золото может реагировать с галогенами только при нагревании. Поэтому для того чтобы растворить золото и перевести его в раствор, необходим очень сильный окислитель металлов и таким окислителем является - «царская водка». «Царскую водку» можно приготовить  из смеси концентрированных азотной и соляной кислот, взятых по объему в соотношение 1:3. Но работа с концентрированными кислотами, особенно азотной кислотой довольно опасна, поэтому я оказался от этого способа.

Второй метод, описанный в литературе – это электролиз. Но в этом случае золото так же надо перевести с раствор, что сделать довольно сложно из-за его нерастворимости в кислотах.

Экспериментальная  работа

Я натолкнулся на блог британского химика, в котором он описывал, как можно извлечь ценное золото из компьютерных частей и другой выброшенной электроники. Но поскольку блог был написан на английском языке, то мне пришлось обратиться за помощью по переводу к ученице 10 класса нашей школы Натальи Жильцовой. Когда текст был переведен, я начал поиски нужных мне вещей.

Мне понадобились:

Остатки электроники

Резиновые перчатки

Резиновый фартук

Очки

Перекись водорода 3%

Соляная кислота 31%

Метиловый спирт  

Фильтр-воронка

2 больших стеклянных контейнера

Пластмассовая палка для перемешивания

Весы

Бура

Керамические  чашки

Остатки электроники. Сюда входит практически все. Большей частью это были детали от старых компьютеров. Очень часто старые компьютеры просто выбрасываются и мне понадобились все платы, которые вставляются в материнскую плату посредством внутреннего разъема (оперативная память, видеокарта, звуковая карта и тд.), также использовал старые телефоны, фотоаппараты и другую технику. Однако перед проведением опыта платы нужно отчистить от посторонних предметов, это легко делается строительным феном, но как оказалось этот инструмент совсем не распространен. И поэтому мне пришлось использовать инструменты, которые есть у каждого.

Для начала мне пришлось отчистить все платы от посторонних элементов, наиболее легко было обрезать нужные мне участки платы и отчищать уже их. Также нужно было отделить  все разъемы, если таковые имелись на платах. Разъемы тоже имеют золотое напыление и также идут на вторичную переработку. После этих операций нужно было приготовить раствор. Соблюдая все нормы безопасности я залил стеклянную банку с элементами 200 мл кислоты с концентрацией 32%,затем постепенно доливал 100мл перекиси водорода, реакция сразу же началась, После того как раствор был готов, я поставил его в теплое не жилое помещение на неделю, через неделю на поверхности раствора уже плавали золотые хлопья, далее я отфильтровал раствор через кофейный фильтр, а платы опустил в воду чтобы с них сошли “налипшие” на них хлопья золота, и эту воду снова пропустил через фильтр.

Золото оставшееся на фильтре я поместил в метиловый спирт, для его отчистки от пыли и прочего.  Полученную золотую пыль я присыпал бурой, затем нагрел газовой горелкой, способной выдать 700 градусов и золото превратилось в цельный кусок.

Конечно, этот эксперимент не является призывом всех самостоятельно начинать извлекать золото из радиодеталей, а доказывает, что действительно утилизация этих отходов должна быть направлена на вторичную переработку электроники, а не просто утилизацию бытовых отходов с наименьшими экологическими загрязнениями.

Заключение.

Сейчас проблема бытовых отходов является одной из главнейших проблем в мире. С каждым годом отходов становится все больше и больше. Состав их усложняется, следовательно, увеличивается токсичность таких отходов. В работе приведены несколько видов утилизации твердых бытовых отходов, но каждый из этих видов утилизации имеет свои недостатки. Например: сжигая мусор, в результате мы получаем большой выброс диоксинов в атмосферу и несколько килограмм высокотоксичной золы, а, сливая мусор в водоканалы, люди загрязняют воду. Вследствие этого, я считаю, что самый приемлемый способ утилизации - вторичное использование, которое помогает не только уменьшать количество мусора, но и сберегать ресурсы.

Список литературы

1. Коробкин В. И., Передельский Л. В. ЭКОЛОГИЯ. Конспект лекций. Ростов н/Д: Феникс, 2004.
2. Протасов В. Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие. – М.: Финансы и статистика, 2003.
3. Рихванов Ев. Экологический журнал "Волна" №18(1), 1999. Твердые бытовые отходы.
4. http://pererabotka-musora.ru/.shtml