Инженерное обеспечение обращения с отходами

Ю. К. Рубанов, Ю. Е. Токач 

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 
ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ 

Учебное пособие 

Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021

УДК 504.064(07) 
ББК 30.69я7 
Р82 

Рецензенты: 
профессор Белгородского государственного технологического университета 
им. В. Г. Шухова доктор технических наук В. И. Павленко; 
директор ООО «Ростехкерам» кандидат технических наук И. И. Овсянко 

Р82 

 Рубанов, Ю. К. 
Инженерное обеспечение обращения с отходами : учебное 
пособие / Ю. К. Рубанов, Ю. Е. Токач. – Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2021. – 184 с. : ил., табл. 

ISBN 978-5-9729-0526-3 

Рассмотрены основные методы переработки и использования бытовых 
и промышленных отходов. Приведено описание технологических процессов, 
показано необходимое механическое оборудование, применяемое для преобразования отходов производства и потребления в ценное промышленное сырьё.  
Для студентов магистратуры экологических направлений подготовки. 

УДК 504.064(07) 
ББК 30.69я7 

ISBN 978-5-9729-0526-3
 © Р убанов Ю. К., Токач Ю. Е., 2021
 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 6 

ЧАСТЬ I. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ............................. 12 
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ...................... 12
1.1. Классификация отходов по происхождению 
исходного сырья .......................................................................... 13 
1.1.1. Био- и хемогенные отходы .................................................... 13 
1.1.2. Механогенные отходы ........................................................... 14 
1.1.3. Пирогенные отходы ............................................................... 15 
1.2. Классификация отходов по химическому составу .................... 18 

2. МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ... 25
2.1. Методы переработки и использования попутно
добываемых материалов ............................................................. 25
2.2. Методы переработки и использования отходов
обогащения руд ............................................................................ 28 
2.2.1. Переработка отходов обогащения железных руд ................ 28 
2.2.2. Переработка отходов обогащения руд цветных металлов . 29 
2.3. Использование отходов добычи и обогащения углей............... 31 
2.4. Использование зол и шлаков ТЭЦ .............................................. 33 
2.5. Переработка и использование отходов производства 
строительных материалов ........................................................... 37 
2.5.1. Отходы производства цемента и асбестоцементных 
изделий .................................................................................... 37 
2.5.2. Отходы производства извести ............................................... 38 
2.5.3. Отходы производства бетонных изделий............................. 38 
2.5.4. Отходы производства керамического кирпича 
и керамзита ............................................................................. 39 
2.5.5. Отходы производства стекла ................................................. 39 
2.6. Переработка и использование отходов неорганических 
производств .................................................................................. 40 
2.7. Переработка отходов пищевой промышленности .................... 43 
2.8. Переработка и использование отходов производства 
органических продуктов и изделий ........................................... 46 
2.8.1. Обезвреживание нефтяных шламов ..................................... 46 
2.8.2. Переработка отходов на основе резины ............................... 47 
2.8.3. Переработка отходов растительного сырья ......................... 57 

2.8.3.1. Производство удобрений из отходов растительного  
  сырья ................................................................................. 57 
2.8.3.2. Термическая переработка древесных отходов ............... 58 
2.8.3.3. Использование отходов растительного сырья  
  в производстве строительных материалов ..................... 58 
2.8.3.4. Химический метод переработки отходов  
  растительного сырья ........................................................ 60 
2.9. Методы переработки металлургических шлаков ...................... 64 
2.9.1. Классификация и основные свойства металлургических 
шлаков ..................................................................................... 64 
2.9.2. Минералогический состав шлаков........................................ 65 
2.9.3. Влияние температуры и скорости охлаждения  
в процессах гранулирования на свойства шлаков ............... 67 
2.9.4. Структурная устойчивость шлаков ....................................... 69 
2.9.5. Методы переработки и использования  
металлургических шлаков ..................................................... 72 
2.9.5.1. Переработка доменных шлаков ....................................... 73 
2.9.5.2. Переработка сталеплавильных шлаков .......................... 76 
2.10. Методы переработки твердых бытовых отходов .................... 77 
2.10.1. Компостирование ТБО ......................................................... 78 
2.10.2. Термические методы переработки ТБО ............................. 80 
2.10.2.1. Процессы переработки при температуре ниже  
 температуры плавления шлака ...................................... 82 
2.10.2.2. Переработка ТБО при температуре выше  
 температуры плавления шлака ...................................... 87 
2.10.2.3. Сжигание ТБО в доменном процессе ........................... 89 
2.10.3. Охрана окружающей среды при эксплуатации  
 мусоросжигающих заводов ................................................. 92 
2.10.3.1. Очистка газов при термической переработке ТБО ...... 93 
 
ЧАСТЬ II. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ ... 96 
1. ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ ............................................ 96 
1.1. Подъемно-транспортные машины .............................................. 96 
1.1.1. Грузоподъемные машины ...................................................... 96 
1.1.2. Транспортирующие машины ............................................... 102 
 
2. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ  
 ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ .................................................................... 111 
2.1. Вспомогательное оборудование ............................................... 111 

2.1.1. Бункеры ................................................................................. 111 
2.1.2. Питатели и дозаторы ............................................................ 112 
2.2. Оборудование для измельчения твердых отходов .................. 119 
2.2.1. Дробильное оборудование ................................................... 119 
2.2.2. Машины для помола твердых отходов ............................... 135 
2.2.3. Выбор и особенности эксплуатации  
  дробильно-помольных машин ............................................ 142 
2.3 Оборудование для гранулирования ........................................... 144 
2.4. Машины для сортировки и классификации сыпучих  
материалов .................................................................................. 147 
2.5. Машины для перемешивания .................................................... 163 
2.5.1. Характеристика процесса смешения сыпучих  
материалов ............................................................................ 163 
2.5.2. Циркуляционные смесители ................................................ 165 
2.5.3. Смесители объемного смешивания .................................... 167 
2.5.4. Бетоносмесители .................................................................. 168 
 
ЧАСТЬ III. УЧЕТ СТРУКТУРНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ  
И УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ....... 178 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................... 180 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................... 181 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Социально-экономическое развитие общества в ХХ веке, в основном ориентированное на быстрые темпы экономического роста, привело в ряде случаев к беспрецедентному разрушению окружающей 
природной среды. Человечество столкнулось с противоречиями между 
растущими потребностями мирового сообщества и невозможностью 
биосферы обеспечить эти потребности. Богатства природы, ее способность поддерживать развитие общества и возможности самовосстановления оказались небезграничными. При этом цивилизация, используя огромное количество технологий, разрушающих экосистемы, не 
предложила ничего, что могло бы заменить регулирующие механизмы 
биосферы. Поэтому единственной альтернативой в настоящее время 
может быть только согласованное развитие производства и природопользования в рамках оптимальной хозяйственной емкости биосферы.  
Ежегодно количество мусора возрастает примерно на 3 % по объёму. Количество твердых бытовых отходов (ТБО) в России составляет 
около 30 млн тонн/год. 
Отходы являются, с одной стороны, главными загрязнителями 
окружающей среды, а с другой представляют собой ценные сырьевые 
компоненты, пригодные для переработки и вторичного использования. 
Во всем мире одной из наиболее актуальных является проблема 
рационального управления муниципальными отходами. Бесконтрольное и непрогнозируемое обращение с отходами может привести, в конечном счете, к серьезным экологическим последствиям и представляет угрозу самой основе существования человека. 
По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы переработки отходов как бытовых, так и промышленных. Скорейшее их решение в ряде стран рассматривается как стратегическое 
направление рационального использования природных ресурсов и 
охраны окружающей среды. 
В настоящее время в условиях непрерывного развития промышленного производства перспективы могут иметь только технологические системы, которые в состоянии использовать все добываемое сырье и, в том числе, техногенные отходы. Основы создания таких систем в настоящее время только закладываются. Проблема усугубляется 
еще и тем, что запасы качественного природного сырья резко сокращаются, поиск и разработка новых месторождений приводит к новому 

витку экологических задач в регионах, возрастают транспортные расходы, дорожает и становится нерентабельной выпускаемая продукция. 
Решение в этом случае может быть только одно – стабилизация и повышение качества техногенных продуктов, как сырья для различных 
отраслей промышленности и, прежде всего строительной отрасли, являющейся крупнейшим потребителем нерудного сырья. Совершенствование технологии, ресурсосбережение в производстве невозможно 
без научного обоснования возможных колебаний свойств техногенных 
продуктов, определения направлений их эффективного использования, 
повышения качества выпускаемой продукции на их основе. 
Особое значение приобретает развитие малоотходных и безотходных технологий. Этот вид технологий представляет собой такой 
метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые 
ресурсы – производство – потребление – вторичные ресурсы, и любые 
воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального 
функционирования. Эта формулировка не должна восприниматься 
абсолютно, т. е. не надо думать, что производство возможно без отходов. Представить себе абсолютно безотходное производство просто 
невозможно, такого в природе нет. Однако отходы не должны нарушать нормальное функционирование природных систем. Другими словами, мы должны выработать критерии ненарушенного состояния 
природы. Создание безотходных производств относится к весьма 
сложному и длительному процессу, промежуточным этапом которого 
является малоотходное производство.  
Под малоотходным производством следует понимать такое производство, результаты которого при воздействии их на окружающую 
среду не превышают уровня, допустимого санитарно-гигиеническими 
нормами, прежде всего ПДК. При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов, которая переходит в отходы, может направляться на переработку, 
длительное хранение или захоронение. 
Рециркуляция – многократное использование отходов в собственном технологическом цикле. 
Рекуперация – улавливание, сбор, переработка и использование 
техногенных отходов. 
Кондиционирование отходов – технологическая операция (совокупность операций), осуществляемая с целью предания отходу определённых потребительских свойств, для его последующей переработки. 

Переработка отходов – совокупность технологических операций, в результате которых производится товарная продукция. 
Утилизация отходов – более широкое понятие, чем переработка 
и включает все виды использования отходов, в том числе в качестве 
топлива, для полива земель, захоронения, сжигания и т. п. 
Обезвреживание отходов – технологическая операция (совокупность операций), в результате которой токсичное вещество превращается в нейтральное нетоксичное и неразлагающееся соединение. 
Централизованная переработка отходов – сбор, транспортирование и переработка отходов на специализированном предприятии, 
обеспечивающем переработку всех видов отходов. 
Локальная переработка отходов – улавливание и переработка 
отходов в местах их возникновения для вторичного использования в 
собственном производстве или в производстве другой товарной продукции. 
Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что 
безотходная технология может развиваться в четырех основных направлениях: 
1. Создание различных видов бессточных технологических систем на базе существующих, внедряемых и перспективных способов 
очистки. При этом достигается резкое уменьшение потребления воды, 
но, как правило, образуется вторичное загрязнение в виде твердых 
осадков или насыщенных растворов. 
2. Разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые следует рассматривать не как экологическую нагрузку, а как BMP. Необходимо учитывать, что при эксплуатации современных систем водо- и газоочистки образуются твердые отходы, представляющие собой сложную концентрированную 
смесь загрязняющих веществ. 
3. Организация принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить 
этапы переработки или технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов. 
4. Разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с замкнутой структурой материальных потоков сырья и 
отходов внутри ТПК, имеющих минимум выбросов. 
На рис. 1 представлена общая схема организации и переработки 
отходов. 
 

Рис. 1. Общая схема организации переработки отходов 

Технические мероприятия по охране окружающей среды, которые 
проводились ранее, обычно планировались с целью ослабить влияние 
на природу уже разработанного технологического процесса. Выделение токсичных компонентов из отходящих газов и сточных вод осуществлялось в основном для перевода этих компонентов в безвредную 
форму и редко сочеталось с их повторным использованием. Во многих 
случаях пытались уменьшить концентрацию токсичных отходов при 
выводе их в биосферу. Меры по сокращению отходов и отходящего 
тепла при производстве продукции, а также по вторичному использованию этих отходов реализовались преимущественно в целях экономии материалов и энергии и не рассматривались как меры по охране 
окружающей среды. Постоянное увеличение использования естественных ресурсов, усиленное загрязнение окружающей среды требуют реализации стратегии безотходной технологии. Основы этой технологии 
заключаются в том, что неиспользованные отходы производства одновременно являются не полностью использованными природными ресурсами и источником загрязнения окружающей среды. Снижение 
количества используемых отходов по отношению к количеству изготовляемой продукции позволит произвести больше изделий из того же 
количества сырья и явится вместе с тем действенной мерой охраны 
окружающей среды. 
Биосфера дает природные ресурсы, из которых в сфере производства изготовляются изделия, при этом образуются отходы. Во многих 
случаях после соответствующей обработки они могут быть использованы как вторичное сырье или как вторичные носители энергии. Если 
по техническим или технологическим причинам это невозможно или 
экономически невыгодно, то их необходимо выводить в биосферу таким образом, чтобы по возможности не наносить вреда естественной 
окружающей среде. М. Шубертом и П. Летчем (ГДР) предложено общее уравнение баланса по сферам производства и потребления. 

(
)
1
,
m
R
A
S
S
=
−
+
 

где 
R – расход природных ресурсов, кг/с;  
А – образующееся в сферах производства и потребления количество отходов, кг/с;  
Sm – средний коэффициент использования отходов, кг/кг;  
S – количество веществ, накапливающихся в сферах производства, кг/с. 

Снижение удельного неиспользуемого количества отходов производства 
(
)
1
m
A
S
−
 и тем самым удельного расхода природных ресур
сов возможно за счет уменьшения образующегося удельного количества А отходов производства или за счет повышения коэффициента 
использования отходов Sm. 
Выбор одного из путей зависит как от технологических возможностей, так и от экономических условий. Первичная цель безотходной 
технологии – настолько уменьшить выводимый в единицу времени в 
биосферу поток массы неиспользуемых отходов, чтобы сохранилось 
естественное равновесие биосферы и обеспечивалось наличие основных природных ресурсов.  
Одним из перспективных, выгодных и развивающихся направлений использования промышленных отходов, входящих в систему безотходных технологий, является обмен ими как между предприятиями 
внутри стран, так и между государствами с целью использования их  
в подходящих технологических процессах. Так, широко развит экспорт 
и импорт полимерных отходов в странах ЕЭС, а также Австрии, 
Швейцарии и Скандинавских странах. Особым спросом пользуются 
отходы полимеров: полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида и ацетата целлюлозы. Ведущее положение в европейском обмене этими отходами занимают Италия (ежегодный импорт составляет свыше 90 тыс т полимерных отходов), ФРГ (экспорт  
65 тыс т) и Франция (экспорт 50 тыс т). 
 
 
 

ЧАСТЬ I. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ 

1. КЛАССИФИКАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ 

В Российской Федерации в 1997 году введен Федеральный классификационный каталог отходов, в котором отходы расположены по 
иерархическому принципу. Федеральный классификационный каталог 
отходов (ФККО) – перечень образующихся в Российской Федерации 
отходов, систематизированных по совокупности приоритетных признаков: происхождению, агрегатному и физическому состоянию, опасным свойствам, степени вредного воздействия на окружающую природную среду. 
Каталог предназначен для использования в системе государственного управления в области обращения с отходами при учете, контроле и нормировании, лицензировании деятельности, выдаче разрешений на трансграничные перевозки и размещение отходов, при оценке материального ущерба или риска возникновения аварии при обращении с отходами. 
Каталог отходов имеет пять уровней классификации, расположенных по иерархическому принципу: блоки, группы, подгруппы, позиции, субпозиции. 
Высший уровень классификации (ФККО) – блоки, формируемые 
по признаку происхождения отходов: органическое природное, минеральное, химическое и коммунальное. В каждый блок входят группы, 
которые подразделены на подгруппы с выделением в каждой из них 
позиции и соответствующей субпозиции.  
В основу выделения групп, подгрупп, позиций и субпозиций положены следующие признаки: 
− происхождение исходного сырья; 
− принадлежность к определенному производству, технологии; 
− химический состав; 
− агрегатное состояние и другие свойства. 

Иерархически в каждом подразделении эти признаки раскрываются более широко (от общего к частному). Позиция несет в себе 
наиболее полную характеристику вида отходов в отличие от верхних 
уровней классификации. Субпозиция заключает в себе информацию об 
экологической опасности конкретного вида отхода. Название виду 
отхода присваивается с учетом его происхождения и химического состава. 

Тринадцатизначный код определяет вид отхода, характеризующий его классификационные признаки. Для каждого отхода должен 
быть определен его вид. При поиске вида отхода в каталоге отходов 
определяющим является код, а не наименование отхода. 
Кроме того, если имеются отходы, для которых в ФККО класс 
опасности для окружающей среды не установлен, то в соответствии  
с документом «Критерии отнесения опасных отходов к классам опасности для окружающей природной среды» определяется их класс 
опасности. 
 
1.1. Классификация отходов по происхождению исходного сырья 
 
1.1.1. Био- и хемогенные отходы 

Био- и хемогенные отходы часто имеют сходные технологические 
характеристики, связанные с образованием тонкодисперсной, с высокой водоудерживающей способностью, структуры. Эффективность 
использования этих высокоактивных материалов существенно снижается из-за значительных структурных изменений, связанных, в основном, с переходом от коагуляционно-тиксотропных структур к конденсационно-кристаллизационным. Этот переход при синтезе, например, 
строительных композитов может сопровождаться значительными 
усадками, резким ухудшением физико-механических характеристик 
готовой продукции. Поэтому для био- и хемогенных продуктов в ряде 
случаев необходимы специальные приемы переработки, например, 
гидротермальная либо термическая обработка, или использование их 
как активной добавки в традиционные технологии при строгом соблюдении дозировки. В последнем случае оптимальными являются гидротермальный синтез (силикатные бетоны) или обжиговые технологии 
(например, портландцементный клинкер, керамические изделия). 
В процессе промышленного производства, что особенно характерно для химических биологических переделов, образуется целый ряд 
техногенных отходов, характерной особенностью которых является 
наличие аморфных составляющих. Эти отходы отличаются чрезвычайным разнообразием по составу, свойствам, и поэтому для каждого 
конкретного вида суспензий рекомендуется изыскивать свои приемы 
обработки и утилизации. Наиболее часто для их утилизации применяют 
термические способы обезвреживания и захоронение, что неэффективно для столь крупнотоннажных отходов и, кроме того, создает 
значительные трудности экологического характера. Более эффективным