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 экологи-
чески чистым производством и критериями выбора наилучших до-
ступных технологий, проблемы обращения с техногенными матери-
алами основных видов. Представлены основы физико-химических 
процессов в многокомпонентных системах, практические и теоре-
тические методы определения вещественного и элементного состава 
выбросов в атмосферу. Подробно проанализированы методы очистки 
сточных вод. Содержание разделов «Эконометрическое моделирова-
ние рециклинга металлов», «Логистика вторичных ресурсов» и «Эко-
логия мегаполиса», собранных в одном учебном издании, не имеет 
аналогов и представляет значительную ценность для успешного ов-
ладения обучающимися необходимыми компетенциями.
Учебник предназначен для обучающихся в магистратуре по на-
правлению подготовки «Металлургия» и основным образовательным 
программам «Рециклинг» и «Логистика производственных процес-
сов 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 вза-
имосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, 
в которой протекают труд, быт и отдых людей. Окружающая сре-
да включает социальные, природные и искусственные химиче-
ские, 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 эконо-
мических, 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, моби-
лизуемой за год мировой экономикой, лишь 9 Гт преобразуется 
в материальную продукцию. Более 80 % этого количества воз-
вращается в основные фонды производства, и только 1,5 Гт со-
ставляет личное потребление людей, причем 2/3 этой массы отно-
сится к потреблению продуктов питания. Из окружающей среды 
человечество потребляет 3,6 Гт питьевой воды и 1,1 Гт кислоро-
да. В атмосферу возвращается 1,5 Гт выдыхаемых диоксида угле-
рода 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 основ-
ном защита её животного и растительного мира от истребления. 
Соответственно и формами этой защиты было создание особо ох-
раняемых территорий и принятие юридических актов, ограни-
чивающих промысел отдельных видов животных.
Учёных и общественность волновало биоценотическое воз-
действие на биосферу. Ингредиентное и параметрическое за-
грязнение также имело место, но оно не было столь многообраз-
ным и массированным и практически не содержало искусственно 
созданных соединений, не поддающихся естественному разложе-
нию, и природа с ним справлялась самостоятельно.
Во второй половине ХХ в. темпы ингредиентного и параме-
трического 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 биологиче-
ских процессов [1]. На рис. 1.1 представлены основные виды и 
механизмы загрязнений окружающей среды. Эксперты и ана-
литики начали ощущать глобальные негативные экологические 
и социальные последствия стремительного технократического 
развития экономики. Широкую известность получил опубли-
кованный в 1972 г. доклад «Пределы роста», представленный 
группой экспертов под руководством американского исследо-
вателя Дениса Медоуза Римскому клубу [2]. Доклад содержит 
результаты моделирования роста человеческой популяции и ис-
черпания ресурсов. В нем на основе междисциплинарного иссле-
дования были даны пессимистические прогнозы ближайшего бу-
дущего существующей цивилизации.
Основные тенденции изменения численности населения, про-
изводства продукции, потребления ресурсов представлены на 
рис. 1.2 [2].
В том же 1972 г. Генеральной Ассамблеей ООН были опреде-
лены функции и организационная структура Программы по окру-
жающей 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, являю-
щегося 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 за-
щиты природы;
– экологические вопросы энергетики;
– защита Мирового океана от загрязнения.

Глава 1. Наилучшие доступные технологии 

Рис. 1.2. 
Основные тенденции изменения численности населения 
и различных ресурсов

К концу XX в. стало очевидно, что решить проблему сохране-
ния окружающей среды на уровне отдельных стран невозможно 
в принципе. Природный комплекс каждой страны неразрывно 
связан с природным комплексом соседних стран.
Особую проблему представляет собой возрастающий эконо-
мический разрыв между индустриально развитыми и развиваю-
щимися странами. Генеральный секретарь Конференции ООН по 
окружающей среде Морис Стронг сформулировал её следующим 
образом: «Процессы экономического роста, которые порождают 
беспрецедентный уровень благополучия и мощи богатого мень-
шинства, ведут одновременно к рискам и дисбалансам, в оди-
наковой мере угрожающим и богатым, и бедным. Следование 
по этому пути может привести нашу цивилизацию к краху».
Соотношение доходов 20 % наиболее богатой и 20 % бед-
нейшей части населения мира составляло в 1960 г. 30 к 1, а в 
2010 г. – 120 к 1. Между тем для решения таких грандиозных 

Рециклинг

глобальных проблем, какой является защита окружающей сре-
ды, требуется консолидация всего человечества, а также энер-
гичные совместные усилия международных организаций, госу-
дарств и общественности [2].

Природоохранной деятельностью является любая деятель-
ность, направленная на сохранение качества окружающей среды 
на уровне, обеспечивающем устойчивость биосферы. К ней отно-
сится осуществляемая на общегосударственном уровне деятель-
ность по сохранению эталонных образцов нетронутой природы и 
разнообразия видов животного и растительного мира на Земле, 
организация научных исследований, подготовка специалистов-
экологов, экологическое просвещение и воспитание населения.
Однако наибольший вклад в защиту окружающей среды в на-
стоящее время вносит деятельность промышленных предпри-
ятий по сбережению ресурсов и энергии, очистке сточных вод 
и отходящих газов от вредных веществ. Такая деятельность осу-
ществляется в основном инженерными методами.

1.1.2. Экологическая безопасность и инженерная экология

Человек по своей природе стремится к состоянию защищён-
ности и максимальному комфорту. С другой стороны, он суще-
ствует в мире рисков. В последнее время угроза для безопасности 
и комфортного существования человека все чаще обусловливает-
ся неблагоприятным состоянием окружающей среды.
Острота и непредсказуемость последствий загрязнения окру-
жающей среды, вызванного антропогенными факторами, застав-
ляют вспомнить пессимистическое предвидение Ж.Б. Ламарка: 
«Можно сказать, что назначение человека заключается в том, 
чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар 
непригодным для обитания».
Загрязнение окружающей среды способно вызвать ряд заболе-
ваний и привести к сокращению средней продолжительности жиз-
ни людей. Именно ожидаемая средняя продолжительность жизни 
является основным критерием экологической безопасности.

Экологическая безопасность – состояние защищённости окру-
жающей среды и жизненно важных интересов человека от нега-

Глава 1. Наилучшие доступные технологии 

тивного воздействия хозяйственной и иной деятельности и воз-
никновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного 
характера. Экологическая безопасность касается промышленно-
сти, сельского и коммунального хозяйства, сферы услуг, области 
международных отношений.
По масштабам загрязнение окружающей среды принято подразделять 
на локальное, региональное и глобальное. Эти виды 
загрязнения тесно связаны между собой. Как правило, первичным 
является локальное загрязнение, которое, если скорость 
процесса загрязнения превышает скорость естественного очищения, 
переходит в региональное, а затем и в глобальное изменение 
качества окружающей среды.
В современных условиях вредные вещества от источника загрязнения 
распространяются на десятки, сотни и тысячи километров. 
Если в каком-либо промышленном районе можно выделить 
точечные источники загрязнения, то в масштабе региона 
промышленный район, например крупный город, может рассматриваться 
как единый источник с системой точечных, линейных 
(автомагистрали) и групповых источников. В некоторых случаях 
регион и целая страна может выступать в роли единого источника 
загрязнения.
Ниже перечислены важнейшие проблемы антропогенного 
глобального загрязнения окружающей природной среды:
– изменение климата в связи с поступлением в атмосферу 
техногенного тепла, углекислого газа и аэрозольных примесей;
– экологические последствия глобального загрязнения природной 
среды и биосферы радиоактивными веществами, тяжёлыми 
металлами и пестицидами;
– нарушение озонового слоя Земли, связанное с поступлением 
в атмосферу экотоксикантов;
– атмосферный перенос загрязняющих веществ на дальние 
расстояния и кислотные осадки;
– загрязнение гидросферы атмосферными осадками, речным 
стоком, транспортом.
Масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду 
и уровень обусловленной им опасности заставляют активно разви-

Рециклинг

вать технологии мониторинга, контроля и защиты окружающей 
среды.
Методология оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) 
разрабатывается на основании результатов инженерных изысканий. 
Экологическое обоснование базируется на информации о 
природной характеристике территории, современном состоянии 
природной среды и характеристике проектируемого объекта (источника 
воздействия).

Инженерная экология – область исследований среды обитания 
с биологических позиций и поиска средств, нормализующих 
эту среду; она позволяет оценить степень вреда, наносимого природе 
индустриализацией производства, и прогнозировать технико-
биологические средства для охраны окружающей среды [51].
Ключ к сокращению вредных выбросов – совместное применение 
административных и рыночных методов. Комплексное государственное 
управление в области охраны окружающей среды 
включает экологический мониторинг, контроль и экспертизу.

Экологический мониторинг – наблюдение за состоянием окружающей 
среды, учёт наличия, качества и расходования природных 
ресурсов.

Экологический контроль – деятельность по установлению соответствия 
и несоответствия окружающей среды установленным 
требованиям законодательства.

Экологическая экспертиза – комплекс действий государственных 
органов и экспертных комиссий по оценке проектно-сметной, 
нормативно-технической документации, техники, технологии, 
материалов и веществ с позиций их соответствия экологическим 
правилам и нормативам.
Цели и порядок проведения государственной экологической 
экспертизы в Российской Федерации определены законами «О государственной 
экологической экспертизе» и «Об охране окружающей 
среды».
Основные цели экологической экспертизы:
– определение уровня экологической опасности, которая может 
возникнуть в процессе осуществления хозяйственной деятельности 
в настоящем или будущем;

Глава 1. Наилучшие доступные технологии 

– определение достаточности и обоснованности мер по охране 
окружающей среды, предусмотренных проектом;
– оценка соответствия планируемой, проектируемой хозяйственной 
или иной деятельности требованиям природоохранного 
законодательства.
Порядок проведения: государственную экологическую экспертизу 
осуществляют исключительно федеральные органы исполнительной 
власти. Общественная экологическая экспертиза 
организуется и проводится по инициативе граждан и общественных 
организаций, а также по инициативе органов местного самоуправления, 
основным направлением деятельности которых 
в соответствии с их уставами является охрана окружающей природной 
среды. Заключение экспертизы является официальным 
документом. Председатель и члены экспертной комиссии несут 
ответственность за правильность и обоснованность своих заключений 
в соответствии с законодательством.

Экологическая политика – система политических, экономи-
ческих, юридических мер, предпринимаемых государством для 
управления экологической ситуацией и обеспечения рациональ-
ного использования природных ресурсов на территории страны.

Экологическое планирование – разработка стратегии и де-
тальных программ по охране окружающей среды и рациональ-
ному использованию природных ресурсов.

Экологическое образование – обеспечение населения эколо-
гической информацией и формирование общественного сознания 
в целях сознательного изменения культуры потребления.
Основным критерием оценки эффективности экологической 
политики является качество жизни.

Качество жизни – универсальный критерий, объединяющий 
социальные и природные факторы, влияющие на здоровье чело-
века и развитие общества. Применительно к обществу в целом и 
к оценке экологической политики этот критерий начали приме-
нять только в конце XX в.
Качество жизни, связанное со здоровьем, включает физиче-
ское, психологическое, социальное и духовное благополучие. Ка-
чество жизни, не связанное со здоровьем, включает образование,