Рециклинг

Москва 2020

Минис терс тво науки и высшего о б ра з о ва н и я рФ

ФеДераЛЬное госуДарственное автоноМное образоватеЛЬное уЧреЖДение
высшего образования
«наЦионаЛЬныЙ иссЛеДоватеЛЬскиЙ теХноЛогиЧескиЙ университет «Мисис»

институт ЭкотеХноЛогиЙ и инЖиниринга

Кафедра энергоэффективных ресурсосберегающих промышленных 
технологий

РЕЦИКЛИНГ

учебник

Под редакцией А.Я. Травянова

Допущено учебно-методическим объединением по образованию  
в области металлургии в качестве учебного пособия  
для студентов высших учебных заведений, обучающихся  
по направлению «Металлургия»

№ 3561

УДК 669.05 
 
Р31

Р е ц е н з е н т ы : 
д-р техн. наук, проф. Л.И. Леонтьев;  
д-р техн. наук, проф. А.Н. Пыриков (Международная академия наук  
экологии и безопасности человека и природы)

А в т о р ы : 
Н.Г. Вурдова, О.В. Голубев, С.В. Неделин, А.Л. Петелин,  
Л.А. Полулях, П.И. Черноусов

Р31  
Рециклинг : учебник / Н.Г. Вурдова [и др.] ; под ред. 
А.Я. Травянова. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2020. – 
746 с.
ISBN 978-5-907226-61-6

В учебнике рассмотрены основные вопросы, связанные с экологически чистым производством и критериями выбора наилучших доступных технологий, проблемы обращения с техногенными материалами основных видов. Представлены основы физико-химических 
процессов в многокомпонентных системах, практические и теоретические методы определения вещественного и элементного состава 
выбросов в атмосферу. Подробно проанализированы методы очистки 
сточных вод. Содержание разделов «Эконометрическое моделирование рециклинга металлов», «Логистика вторичных ресурсов» и «Экология мегаполиса», собранных в одном учебном издании, не имеет 
аналогов и представляет значительную ценность для успешного овладения обучающимися необходимыми компетенциями.
Учебник предназначен для обучающихся в магистратуре по направлению подготовки «Металлургия» и основным образовательным 
программам «Рециклинг» и «Логистика производственных процессов и технологий».

УДК 669.05

 Коллектив авторов, 2020
ISBN 978-5-907226-61-6
 НИТУ «МИСиС», 2020

ОГЛавЛЕНИЕ

1. наилучшие доступные технологии ..........................................................................................8

1.1. Экологическая безопасность .....................................................................................................................8

1.1.1. охрана окружающей среды......................................................................................................................................8
1.1.2. Экологическая безопасность и инженерная экология ..........................................................12
1.1.3. техносфера. термины и определения .........................................................................................................16
1.1.4. биоаккумуляция и токсичность .......................................................................................................................20

1.2. токсичные металлы ............................................................................................................................................28

1.2.1. классификация и основные свойства.......................................................................................................28
1.2.2. тяжёлые металлы в биосфере ..........................................................................................................................32
1.2.3. ртуть .................................................................................................................................................................................................37
1.2.4. Мышьяк .........................................................................................................................................................................................41
1.2.5. свинец ............................................................................................................................................................................................42
1.2.6. кадмий .........................................................................................................................................................................................44
1.2.7. шестивалентный хром ................................................................................................................................................47

1.3. Металлизация биосферы ............................................................................................................................55

1.3.1. Элементопотоки металлов .....................................................................................................................................55
1.3.2. глобальные элементопотоки железа и марганца .......................................................................63
1.3.3. глобальный элементопоток хрома ................................................................................................................75
1.3.4. глобальные элементопотоки ванадия и галлия ............................................................................83
1.3.5. Экологический кризис .................................................................................................................................................92

1.4. Экологически чистое производство .............................................................................................98

1.4.1. становление понятия «Экологически чистое производство» ......................................98
1.4.2. интегрированная политика производства экопродукта ................................................104
1.4.3. Экологический аудит .................................................................................................................................................109
1.4.4. отходы и вторичные ресурсы. классификация, термины и определения ....112
1.4.5. общество с оборотным использованием ресурсов ...............................................................116

контрольные вопросы ............................................................................................................................................126

2. рециклинг .........................................................................................................................................................128

2.1. Проблема твёрдых бытовых отходов ........................................................................................128

2.1.1. краткая история проблемы твёрдых бытовых отходов ....................................................128

Рециклинг

2.1.2. современное состояние проблемы образования твёрдых бытовых  
отходов ......................................................................................................................................................................................................134
2.1.3. Эффективная переработка бытовых отходов ..............................................................................140

2.2. Депонирование ...................................................................................................................................................144

2.2.1. Полигоны для депонирования твёрдых бытовых отходов ..........................................144
2.2.2. инженерное оборудование полигона .................................................................................................150
2.2.3. утилизация свалочного газа ............................................................................................................................156

2.3. биоконверсия и аэробная ферментация ...............................................................................162

2.3.1. аэробная ферментация ..........................................................................................................................................162
2.3.2. биоконверсия органических отходов ...................................................................................................168

2.4. термическая утилизация твёрдых бытовых отходов ..............................................174

2.4.1. утилизация в энергетических целях .......................................................................................................174
2.4.2. термические методы переработки твёрдых бытовых отходов ...............................178
2.4.3. высокотемпературная переработка твёрдых бытовых отходов ..........................187
2.4.4. Мусоросжигательные заводы и проблема образования диоксинов ...............194

2.5. рециклинг твёрдых муниципальных отходов ...............................................................200

2.5.1. сепарация и сортировка твёрдых бытовых отходов..........................................................200
2.5.2. Макулатура ..........................................................................................................................................................................207
2.5.3. рециклинг электробытовых и электронных отходов .........................................................214
2.5.4. рециклинг строительных материалов .................................................................................................223
2.5.5. авторециклинг ................................................................................................................................................................230

2.6. техногенные ресурсы и месторождения ............................................................................240

2.6.1. образование техногенных ресурсов и формирование техногенных 
месторождений ..............................................................................................................................................................................240
2.6.2. техногенные ресурсы горнопромышленных регионов ..................................................246
2.6.3. Хвостохранилища ........................................................................................................................................................250
2.6.4. техногенное месторождение на территории металлургического региона ...255

контрольные вопросы ..........................................................................................................................................260

3. Физико-химические процессы в многокомпонентных системах .....262

3.1. Природное и антропогенное загрязнение атмосферы ........................................262

3.2. вклад металлургии в загрязнение атмосферы .............................................................269

3.3. Характеристика основных компонентов выбросов  
металлургических предприятий в воздушный бассейн..................................................272

Оглавление

3.4. Мониторинг воздушной среды, его структура и основные виды ............277

3.5. Моделирование процессов распространения и методики расчета 
полей концентраций техногенных выбросов ..............................................................................281

3.6. Методика «онД-86» .....................................................................................................................................283

контрольные вопросы ...........................................................................................................................................296

4. очистка сточных вод и рециклинг шламов ..............................................................298

4.1. сточные воды. Характеристика и применяемая терминология .................298

4.2. круговорот воды в природе ...............................................................................................................304

4.3. антропогенная деградация водных объектов ...............................................................310

4.3.1. выбросы в гидросферу ...........................................................................................................................................310
4.3.2. Дампинг .....................................................................................................................................................................................312
4.3.3. тепловое загрязнение вод ...................................................................................................................................313
4.3.4. золошламонакопители ..........................................................................................................................................318
4.3.5. Деградация водных объектов ........................................................................................................................322

4.4. сточные воды как вторичный ресурс .......................................................................................324

4.5. Промышленность и водоёмы .............................................................................................................327

4.6. виды приёмников и условия приёма производственных сточных  
вод .................................................................................................................................................................................................339

4.7. Методы и сооружения для очистки промышленных сточных вод .........346

4.8. основные методы и сооружения для обработки и утилизации  
осадков промышленных сточных вод .................................................................................................348

контрольные вопросы ...........................................................................................................................................369

5. обращение с металлоломом и мини-металлургия .........................................370

5.1. современная металлургия чугуна и стали ..........................................................................370

5.1.1. Переход от «общества потребления» к «обществу рециклинга» .........................370
5.1.2. от руды до стальной заготовки (ретроспективный обзор) .........................................................375
5.1.3. Производство чугуна и стального проката ......................................................................................382

5.2. Производственный рециклинг .........................................................................................................397

5.2.1. утилизация текущих и накопленных отходов на интегрированных 
предприятиях .....................................................................................................................................................................................397
5.2.2. Производственный рециклинг и элементопоки металлов .......................................................401

Рециклинг

5.2.3. техногенные материалы – перспективное сырьё металлургии  
ближайшего будущего ...........................................................................................................................................................412
5.2.4. шахтные печи ...................................................................................................................................................................415
5.2.5. рециклинг металлолома ......................................................................................................................................429
5.2.6. Микроэлементы в металлургических системах ......................................................................442

5.3. Переработка лома цветных металлов ....................................................................................449

5.3.1. основные характеристики лома цветных металлов ............................................................449
5.3.2. входной контроль металлолома ................................................................................................................455
5.3.3. Подготовка металлолома к металлургическому переделу ........................................464
5.3.4. сортировка металлолома ...................................................................................................................................469

5.4. рециклинг цветных металлов............................................................................................................476

5.4.1. рециклинг алюминия ................................................................................................................................................476
5.4.2. рециклинг меди .............................................................................................................................................................487
5.4.3. рециклинг цинка............................................................................................................................................................493
5.4.4. рециклинг свинца ........................................................................................................................................................499
5.4.5. рециклинг титана .........................................................................................................................................................505

5.5. рециклинг редких и специальных металлов и сплавов .......................................510

5.6. вторичная металлургия благородных металлов .........................................................515

контрольные вопросы ...........................................................................................................................................526

6. Логистика вторичных ресурсов .............................................................................................528

6.1. Понятие, эволюция и основные термины логистики ..............................................528

6.2. вторичные ресурсы чёрной металлургии ...........................................................................535

6.3. сырьевая логистика и управление материальными потоками ...................550

6.4. складская логистика и управление запасами ...............................................................559

6.5. транспортная логистика и перевозка грузов ..................................................................565

6.6. информационные технологии в сфере логистики ...................................................571

контрольные вопросы ...........................................................................................................................................576

7. Эконометрическое моделирование рециклинга металлов .................................578

7.1. Эконометрическое моделирование и оценка экономического  
ущерба ......................................................................................................................................................................................578

7.2. Прогнозирование ресурсов металлолома ..........................................................................582

Оглавление

7.3. Многоуровневые модели рециклинга ......................................................................................593

контрольные вопросы ..........................................................................................................................................608

8. Экология мегаполиса .........................................................................................................................610

8.1. Феномен урбанизации и роль урбанизированных территорий 
в современном мире .............................................................................................................................................................610

8.2. Демографические тенденции и процесс урбанизации  
в современной россии ............................................................................................................................................616

8.3. точки социально-экономического роста .............................................................................627

8.4. основные характеристики города, мегаполиса и агломерации ...............635

8.5. современные проблемы урбанизации ...................................................................................648

8.6. устойчивое развитие и экология городской среды .................................................651

8.7. инженерные подходы к обеспечению устойчивого развития 
урбанизированных территорий ..................................................................................................................660

8.8. Литогенная основа городских и прилегающих территорий ........................663

8.9. организационные подходы к обеспечению устойчивого развития 
урбанизированных территорий. концепция «умного города» ................................675

8.10. восприятие городской среды и её улучшение ..........................................................679

8.11. архитектурно-строительная экология и бионика, «зелёная» 
архитектура ........................................................................................................................................................................685

8.12. Экологичные инженерные системы и сооружения ..............................................692

8.13. биопозитивные и энергоэффективные здания. концепция  
«умного здания» ..............................................................................................................................................................701

8.14. Экологически предпочтительные строительные и отделочные  
материалы .............................................................................................................................................................................718

8.15. Перспективы совершенствования городской среды..........................................735

контрольные вопросы ...........................................................................................................................................739

библиографический список ..............................................................................................................742

НаИЛучшИЕ дОступНыЕ 
тЕхНОЛОГИИ

1.1. Экологическая безопасность

1.1.1. Охрана окружающей среды

Окружающая среда определяется как целостная система взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, 
в которой протекают труд, быт и отдых людей. Окружающая среда включает социальные, природные и искусственные химические, физические и биологические факторы, т.е. всё, что прямо 
или косвенно воздействует на жизнь и деятельность человека.

Антропогенная деятельность представляет собой воздействие 
человека на окружающую среду, связанное с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящее 
в неё химические, физические и биологические изменения.
Рассмотрим схему современного техногенного круговорота 
веществ. Из 120 Гт ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемой за год мировой экономикой, лишь 9 Гт преобразуется 
в материальную продукцию. Более 80 % этого количества возвращается в основные фонды производства, и только 1,5 Гт составляет личное потребление людей, причем 2/3 этой массы относится к потреблению продуктов питания. Из окружающей среды 
человечество потребляет 3,6 Гт питьевой воды и 1,1 Гт кислорода. В атмосферу возвращается 1,5 Гт выдыхаемых диоксида углерода и паров воды. В водоемы и на поверхность земли поступает 
3,9 Гт твердых отходов.
Потребляемая человечеством суммарная мощность достигла 
10 ТВт (из них мощность, обеспечиваемая энергией всех рек, – 
3 ТВт). При этом общая масса человечества равна 0,2...0,3 млрд т, 
а суммарная биомасса, обитающая на суше, составляет примерно 
2400 млрд т.

Глава 1. Наилучшие доступные технологии 

До середины ХХ в. под охраной природы понималась в основном защита её животного и растительного мира от истребления. 
Соответственно и формами этой защиты было создание особо охраняемых территорий и принятие юридических актов, ограничивающих промысел отдельных видов животных.
Учёных и общественность волновало биоценотическое воздействие на биосферу. Ингредиентное и параметрическое загрязнение также имело место, но оно не было столь многообразным и массированным и практически не содержало искусственно 
созданных соединений, не поддающихся естественному разложению, и природа с ним справлялась самостоятельно.
Во второй половине ХХ в. темпы ингредиентного и параметрического загрязнения резко возросли. В результате этого на 
значительных территориях была утрачена способность природы 
к самоочищению, т.е. естественному разрушению загрязнителей 
в результате природных химических, физических и биологических процессов [1]. На рис. 1.1 представлены основные виды и 
механизмы загрязнений окружающей среды. Эксперты и аналитики начали ощущать глобальные негативные экологические 
и социальные последствия стремительного технократического 
развития экономики. Широкую известность получил опубликованный в 1972 г. доклад «Пределы роста», представленный 
группой экспертов под руководством американского исследователя Дениса Медоуза Римскому клубу [2]. Доклад содержит 
результаты моделирования роста человеческой популяции и исчерпания ресурсов. В нем на основе междисциплинарного исследования были даны пессимистические прогнозы ближайшего будущего существующей цивилизации.
Основные тенденции изменения численности населения, производства продукции, потребления ресурсов представлены на 
рис. 1.2 [2].
В том же 1972 г. Генеральной Ассамблеей ООН были определены функции и организационная структура Программы по окружающей среде – ЮНЕП (резолюция 2997 от 15 декабря 1972 г.). 
Области деятельности ЮНЕП были расширены в 1992 г. в связи 
с одобрением Ассамблеей «Повестки дня на XXI в.». На 19-й сессии 

Рециклинг

ЮНЕП в 1997 г. Совет управляющих определил её роль следующим 
образом (Декларация Найроби): «Программа ООН по окружающей 
среде должна играть роль ведущего глобального природоохранного 
органа, определяющего экологическую повестку для человечества, 
содействующего согласованному осуществлению экологического 
компонента устойчивого развития в рамках системы ООН, являющегося авторитетным защитником интересов окружающей среды».

Рис. 1.1. 
Основные виды загрязнения окружающей среды

Главные направления деятельности ЮНЕП:
– экологические проблемы населённых пунктов;
– проблемы здоровья и благосостояния человека;
– охрана наземных экосистем;
– экологическое образование и информирование;
– торговые, экономические и технологические аспекты защиты природы;
– экологические вопросы энергетики;
– защита Мирового океана от загрязнения.