Следует так же отметить что резина, складируемая на полигонах надземных или подземных, при контакте с дождевой или грунтовыми водами выделяет крайне вредные химические соединения и канцерогены такие как фенантрен, дифениламин и т. п. вещества с предельно допустимыми концентрациями 10мг/м³ воды.
Для справки: Европейский Союз запретил сжигание в атмосфере и захоронение в земле покрышек с 2003 года. Изношенные покрышки представляют собой вторичное сырье выгодное для дальнейшего использования: 25% технического углерода, 55-60% каучука, 10-15% металла. Поэтому экономически эффективный способ переработки позволит обеспечить не только рентабельность перерабатывающих производств, но и решить экологический аспект данной проблемы. Одним из наиболее перспективных и эффективных методов переработки является метод низкотемпературного пиролиза. 
Низкотемпературный пиролиз – метод термического разложения сырья в закрытом реакторе при полной изоляции от кислорода, или при его небольшом количестве. В результате протекания пиролитической реакции на выходе из сырья получаются следующие вещества: твердый углеродный остаток (сажа), газовая фракция и ароматические углеводороды т. е. синтетическое топливо.
С экологической и экономической точки зрения метод пиролиза обладает рядом преимуществ перед методом обычного сжигания. К тому же при правильной организации технологического процесса данный метод может быть полностью безотходным. Несмотря на все преимущества данного метода он пока не получил широкого распространения ввиду слабо отработанной технологии и большой длительности технического процесса. 
Таким образом, актуальность темы состоит в совершенствовании технологических процессов пиролиза изношенных шин и в разработке устройств и систем контроля и управления пиролизной установкой по переработке изношенных шин, позволяющей повысить эффективность процессов пиролиза.
Пиролиз изношенных шин. На рисунке 1 приведена схема установки пиролиза изношенных шин. Она содержит бункер 1 загрузки изношенных шин в реактор, ограничитель 2 выхода газа в атмосферу из реактора при загрузке изношенных шин в реактор, реактор 3 пиролиза изношенных шин, колосниковую камеру 4, бункер твердого остатка 5 пиролиза изношенных шин в реакторе, циклон 6, топку 7 с газовой горелкой для сжигания части пиролизного газа, сепаратор аэрозоля (каплеотбойник) 8, конденсатор 9 жидкостной фракции из пиролизного газа, адсорбер 10 тонкой очистки пиролизного газа, газопровод 11 и вентилятор 12 для подачи одной части пиролизного газа внешним потребителям, а другой части – на сжигание в топке реактора пиролиза изношенных шин. [1]

Математическое описание реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления. Принимая, что реактор делится на две части крошкой сырья, принимем, что нижняя часть реактора с давлением Pi является первой частью объекта автоматического управления, а верхняя часть реактора с давлением Рг является второй частью объекта автоматического управления.
На основании этих условий нижнюю часть реактора пиролиза изношенных шин представим в виде схемы, приведенной на рисунке 1. Эта схема состоит из регулирующего клапана 1, расположенного на входе рециркулируемых газов в емкость, пневматической емкости 2 и пневматического сопротивления 3, установленного на выходе рециркулируемых газов из емкости 2.
Уравнение динамики устройства, состоящего из емкости и клапана, расположенного на входе и пневматического сопротивления, расположенного на выходе из емкости, (рисунок 1) может быть представлено, с учетом работы в следующем виде

 (1)

где  - объем рециркулируемых газов в емкости, м3; р – плотность рециркулируемых газов, кг/м3; t – время, с; и - массовый расход рециркулируемых газов в емкость 2 и из этой емкости, кг/с.

Рис. 3. Пневматическая схема нижней части реактора пиролиза

Пневматическая схема нижней части реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, расположенного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, емкости и обобщенного пневматического сопротивления, расположенного на выходе рециркулируемых газов из крошки изношенных шин в реакторе.
Для газообразных сред используют уравнение P/p = RT Дифференцируя это уравнение по Р и р как dP = RTdp или  и подставив в уравнение (1) получим 

Уравнение (2) – нелинейное, которое необходимо линеаризовать. Переменными величинами в уравнении (2) являются 
Установившиеся значения этих переменных величин обозначаем:

После преобразования выражения (2) по Лапласу получим (3)

(Tas + к1)- x(s) = a(s) - b(s) + k2c(s) + k3y(s), (3)

Рис. 4. Структурная схема нижней части реактора пиролиза

На рисунке 4 представлена структурная схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, расположенного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактор (емкость), и обобщенного пневматического сопротивления, моделирующего сопротивление рециркулируемых газов в крошке изношенных шин, по уравнению (3) [2]
Структурная схема реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов. На рисунке 5 приведена пневматическая схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана 1, установленного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, нижней части реактора 2, обобщенного пневматического сопротивления крошки изношенных шин рециркулируемым газам 3 (или 4), верхней части реактора 5 и клапана 6, расположенного на выходе рециркулируемых газов из верхней части реактора. Для нижней части реактора пиролиза изношенных шин, структурная схема которой приведена на рисунке 2, была определена передаточная функция (3) изменения давления в нижней части реактора по проходному сечению  входного регулирующего клапана.

Пневматическая схема реактора пиролиза изношенных шин, состоящая из клапана, установленного на входе рециркулируемых газов в нижнюю часть реактора, нижней части реактора, обобщенного пневматического сопротивления крошки изношенных шин рециркулируемым газам, верхней части реактора и клапана, расположенного на выходе рециркулируемых газов из верхней части реактора

На рисунке 6 представлена структурная схема, составленная по уравнениям (2) и (3), реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов, состоящая из регулирующих клапанов, расположенных на входе и выходе рециркулируемых газов из реактора, и реактора, состоящего из двух частей, разделенных крошкой изношенных шин.
По структурной схеме (рисунок 6) по каждому входному сигналу можно определить передаточную функцию.[3]

    (4)

    (5)
Выводы

1. Получено математическое описание нижней части реактора пиролиза изношенных шин как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов в виде дифференциальных уравнений и передаточных функций.
2. Составлены структурные схемы реактора пиролиза изношенных шин, как объекта автоматического управления по давлению рециркулируемых газов для нижней, верхней частей и всего реактора и получены передаточные функции реактора по входным параметрам.
3. Полученные дифференциальные уравнения и передаточные функции позволяют проектировать цифровые системы автоматического управления применительно к реактору пиролиза изношенных шин.

Используемые методы обработки отходов в разных странах также различаются.  В 2010 т. в 27 странах — членах ЕС 38 % муниципальных отходов были захоронены  на полигонах, 22 % — сожжены, 25 % — переработаны в качестве вторичных материальных ресурсов и 15 % — подверглись компостированию. Болгария по-прежнему размещает на полигонах 100 % своих муниципальных отходов. Сжигают отходы чаще всего в Дании (54 %), Швеции (49 %), Нидерландах (39 %)и Германии (38 %). Переработка в качестве вторичных материальных ресурсов — наиболее распространенный способ обращения с муниципальными отходами в Германии (45 %) и Бельгии (40 %). В Австрии отмечается самый высокий уровень в ЕС переработки и компостирования отходов (70 %) [1].

В Японии все отходы подвергаются рециклингу [2]. Первым основополагающим законом в сфере управления отходами стал принятый в 1970 г. закон об управлении отходами и санитарно-гигиенической очистке общественных. Данный закон неоднократно пересматривался и дополнялся новыми законодательными объектами в соответствии с развитием концепции общества «рециклирования. Так, в 1992 г. был принят Закон о форсировании использования вторичного сырья, в котором закреплена необходимость претворения в жизнь принципа «3R». С  июня 2000 г. этот закон переименован в Закон о форсировании эффективного использования сырья. В сферу применения данного закона входят 69 изделий (из 10 отраслей), использование которых приводит к образованию примерно 50% всех бытовых и промышленных отходов. В соответствии с изменениями 2000 г. в Закон о рециклировании тары и упаковочных отходов  ответственность за переработку упаковочных отходов была возложена на промышленные предприятия, хотя собирают их муниципалитета. Указанный закон вначале применялся к стеклянным и пластиковым бутылкам, а в 2000 г. был распространен на бумажные и пластиковые материалы.

После принятия основного закона об обществе с устойчивым материальным циклом законодательство, регламентирующее управление отходами в Японии, было усовершенствовано и дополнено. Так, в результате внесения в 2008 г. поправок введена новая система, которая в целях повышения эффективности рециклирования сырья и снижения общественных затрат предусматривает так называемые «денежные пожертвования на рационализацию», которые представляют собой  денежные взносы муниципальных властей в том случае, если реальные расходы на утилизацию твердых бытовых отходов (ТБО) окажутся ниже их расчетной суммы; их размер равен половине суммы экономии затрат. Тем самым государство стимулирует повышение эффективности утилизации ТБО [2].

Что касается полигонов, которые являются простейшими и наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО, то наиболее передовым опытом Японии является строительство крытых полигонов. Первый крытый полигон был построен в Японии в июле 1998 г., к 2010 г. построены или находились в стадии строительства 54 крытых полигона, что составило примерно 2 % городских полигонов ТБО страны [3].

Область крытого полигона окружена крышами и стенами так, чтобы отходы не были видны снаружи. Покрытие (крыша) может быть либо фиксированным, либо съемным. Последний тип используется для полигонов, которые разбиты на несколько отсеков, где покрытие передвигаться с закрытой области на активную. В Японии съемное покрытие имеют 11 полигонов. Материал покрытия – полупрозрачная пластиковая мембрана или сложенная пластинами сталь. Объем полигона относительно невелик, размеры варьируются в пределах  1900–311200 м³, и только пять крытых полигонов Японии имеют объем 100 000 м³ и более. Больший процент ТБО, образующихся в Японии, подвергается сжиганию, таким образом, складируемые отходы состоят в основном из несжигаемых и сожженных остатков. Из 54 крытых полигонов, пищевые отходы складируются только на двух. Отходы, размещенные на крытых полигонах, не видны с прилегающих территорий; наличие покрытия предотвращает рассеивание отходов, пыли и распространение неприятного запаха, также полигоны такого типа характеризуются низким и постоянным уровнем фильтрата – контролируемым потоком влаги (удаление осадков и орошение регулируемым количеством воды), и простотой эксплуатации, если построены под землей или имеют бетонное покрытие. Схема устройства крытого полигона представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема крытого полигона [3]

Крытые полигоны характеризуются полуаэробными процессами разложения отходов. Их отличительной особенностью является то, что газовые отверстия и трубы для сбора фильтрата сформированы в сеть, обеспечивающую поступление наружного воздуха за счет естественной конвекции. Главным преимуществом крытых полигонов является возможность контролировать влажность складируемых отходов. Это снижает шансы увеличения количества и перелива фильтрата за пределы полигона в период ливневых осадков. На исследованных в работе [3] крытых полигонах из-за отсутствия дополнительного орошения влагосодержание было ниже, чем оптимальный уровень необходимый для протекания процессов биоразложения в полуаэробных условиях. Таким образом, в настоящее время такой способ организации полигонов находится на стадии инженерной доработки.

Полигоны ТБО являются третьим по величине антропогенным источником метана на планете, выделяя около 11 % общемирового количества метановых выбросов, или без малого 799 млн. т в 2010 г [4].

В таблице 1 приведены данные по выбросу метана на полигонах ТБО для стран, занимающих первые десять мест по данному показателю [4].

Образование свалочного газа продолжается в течение десятков лет после прекращения приема отходов, при этом наиболее активная фаза газовыделения составляет 20–30 лет.

Таблица 1 – Расчетный объем метана, выделившегося на полигонах ТБО за 2010 г. [4]

Технология получения биогаза включает две технологические схемы: получение биогаза с эксплуатируемых полигонов и получение биогаза с закрытых полигонов.

Начиная с 1980-х гг. на всех американских полигонах (как на закрытых, так и на действующих) организовано извлечение свалочного газа и сжигание содержащегося в нем метана. В настоящее время в 32 штатах приняты законы, обязывающие утилизировать тепло от сжигания свалочного газа непосредственно или для получения электроэнергии [5].

В настоящее время технология сбора свалочного газа активно внедряется и в европейских странах. Свалочный газ рассматривается как источник чистой энергии для получения электроэнергии, вырабатываемой газовыми двигателями или турбинами. В работе [6] американскими и турецкими специалистами был изучен состав свалочного газа, собираемого на полигоне Одаери, расположенном в г. Стамбуле, в Турции. Собранный на этом полигоне газ используется для производства электроэнергии. Газовые двигатели, используемые для получения электроэнергии, работают на свалочном газе в первую очередь за счет сжигания метана. Но также в свалочном газе содержатся следы других газов, таких как сероводород, летучие органические соединения (ЛОС), и силоксаны. Концентрация микрокомпонентов в свалочном газе значительно влияет на применении газа для получения энергии, а также оказывает негативное воздействие на окружающую среду.

В работе [6] были проведены исследования побочных соединений (микропримесей) вводимых в газовый двигатель, была проведена оценка концентраций микропримесей, их влияние на работу двигателя и среднее время работы двигателя. Свалочный газ на полигоне Одаери собирался из 134 скважин.

Процесс переработки отходов в энергию на полигоне Одаери представлен на рис. 2, состав отходов приведен в таблице 2.

В таблице 3 представлены концентрации силоксановых соединений в свалочном газе в 2009 и 2011 годах.

Рисунок 2 – Процесс переработки отходов в энергию на полигоне Одаери [6]

Таблица 2 – Содержание ТБО в г. Стамбуле, Турция [6]

Таблица 3 – Концентрация силоксанов в свалочном газе полигона Одаери [6]

Примечание: НИ – не измеряется

При концентрации силоксанов превышающей пределы, предусмотренные производителями газовых двигателей, может быть необходима предварительная обработка для защиты газовых двигателей и поддержания гарантии производителя. В таблице 4 приведены предельные концентрации силоксановых соединений для двигателей различных производителей. Средняя концентрация силоксанов в свалочном газе на полигоне Одаери 10,15 мг/м³, а общая концентрация силикатных соединений составляла около 1,015 кг/день при сжигании 100 000 м³ свалочного газа в день.

Таблица 4 – Предел концентрации силоксанов в свалочном газе для газовых двигателей различных компаний [6]

На практике, очень немногие свалки используют процесс предварительной обработки газа, даже если уровень силоксанов превышает рекомендуемый производителями уровень. Полигонные операторы часто предпочитают очистку камер двигателя вместо использования технологической очистки газа. Использование предварительной обработки газа может уменьшить эксплуатационные расходы [6].

Сжигание – это широко распространенный способ уничтожения ТБО. Сжигание бытового мусора, помимо снижения объема и массы, позволяет получать дополнительные энергетические ресурсы, которые могут быть использованы для централизованного отопления и производства электроэнергии. В последние годы в Европе увеличилось количество получаемой энергии из отходов на мусоросжигательных заводах.

В Великобритании в настоящее время работают 25 муниципальных установок для сжигания отходов с рекуперацией энергии, однако их показатели в теории и практики различаются. В 2009 – 2010 годах в Великобритании около 49% бытовых отходов были утилизированы на полигонах отходов, что на 15% меньше по сравнению с 2005 – 2006 годами [7]. Это снижение отходов, отправляемых на свалку связано, прежде всего с полигонной директивой ЕС [8]. В 2010 г., в Великобритании на 73 заводах было разрешено сжигание, 18 из которых заводы по переработке ТБО [7]. По состоянию на май 2013 г. 32 заводам разрешалось сжигать ТБО и дополнительно 100 потенциальных заводов в стадии планирования и обсуждения [7]. Большинство из этих предлагаемых заводов останутся в планировании в течение многих лет или в конечном счете будут отменены в результате негативных мнений со стороны  экологов и жителей близ лежащих поселений. Возникают протесты из-за проблем со здоровьем, рисками связанными с выбросами, визуального воздействие, шума, движения транспорта. Однако, мусоросжигательные заводы в Европе сегодня работают под строгим требованиям в отношении выбросов и современные технологии радикально уменьшили вредные выбросы по сравнению с теми которые производились в начале 1990 годов [7]. При определенных условиях сжигание отходов может уменьшить выбросы парниковых газов. Исследования также показали, что риски для здоровья в результате сжигания отходов в пять раз ниже, чем от свалок [7].

В соответствии со статьей 12.2 Директивы по сжиганию отходов, операторы мусоросжигательного оборудования обязаны предоставлять общедоступный ежегодный доклад о функционировании и мониторинге их завода в агентство по окружающей среде Великобритании. Согласно этим отчетам по состоянию на май 2013 г., есть 25 эксплуатируемых мусоросжигательных заводов для получения энергии из ТБО в Великобритании [7]. Их мощности в диапазоне от 29 000 до 750 000 тонн ТБО в год (тонн в год). 23 используют технологию подвижной колосниковой решетки, 1 работает по технологии барабанной вращающейся печи и 1 использует сжигание в кипящем слое (Таблица 5).

Таблица 5– Сжигание ТБО с выроботкой энергии на заводах в Великобритании. Исключены заводы работающие на газу [7]

Отметим, что сжигание можно разделить на два вида: непосредственное сжигание, при котором получается только тепло и энергия, и пиролиз, при котором образуется жидкое и газообразное топливо. Процесс газификации схож с процессом пиролиза. Отличие в том, что газификация происходит с немного уменьшенным количеством кислорода, и ее считают сравнительно более чистой альтернативой сжигания.

Например, в Испании пиролиз используется для отходов упаковки или, как в некоторых европейских странах их принято обозначать, пластика. В Испании образуется около 3 млн. тонн в год отходов упаковки, из них 30 % – это отходы содержащие пластмассу и металл [9]. В некоторых странах Евросоюза и, в том числе, Испании раздельный сбор отходов упаковки осуществляют с помощью контейнеров трех цветов: синий − для бумаги и картона, зеленым − для стекла и пластмасс, желтый − для коробок из-под сока и металлических упаковок.

В Испании около 75 % (675 000 тонн) пластмассовых и металлических упаковок собираются в желтые контейнеры. Затем они транспортируются на мусоросжигательные заводы. Там их разделяют на фракции (стальные банки, коробки из-под сока, алюминиевые банки и различные пластмассы), которые потом отправляются на переработку на соответствующие предприятия. Однако, значительное количество поступивших материалов не могут быть классифицированы или разделены, они забраковываются. На испанских заводах по сортировке пластика забракованная фракция составляет в среднем 35 % от общего количества обрабатываемых отходов.

В Евросоюзе образуется около 80 млн. тонн в год отходов упаковки [9]. Более 6 млн. тонн в год отходов не пригодны для переработки, и они направляются на мусоросжигательные заводы. По законодательству ЕС должно  перерабатываться 55–80 % от веса отходов упаковки. В ЕС около 34 % отходов пластика сжигаются на заводах с получением тепла и электроэнергии, а 24 % – перерабатывается [9]. Пиролиз перспективен для утилизации тех отходов пластика, которые выбраковываются на заводах по сортировке отходов.

Для пищевых и других видов органических отходов в европейских странах используется метод анаэробной переработки с утилизацией выделившегося биогаза. Схема завода по анаэробной переработке отходов представлена на рисунке 3. Расчеты сделаны на основе обработки 100 кг исходной смеси [10].

Технология анаэробного сбраживания плюс компостирования в настоящее время работает на заводе в Барселоне (Испания) [10]. В технологической цепочке четыре основных этапа: этап предварительной обработки, анаэробное сбраживание, компостирование и очистка компоста (рис. 3).

Рисунок 3 – Схема завода по анаэробной переработке отходов [10]

Примечания: 1. Показанные значения соответствуют характеристикам входных материалов на каждом этапе. Расчеты выполнены для 100 кг обработанной исходной смеси. Также представлена характеристика отходов после стадии предварительной обработки. Сплошная линия соответствует твердым отходам, пунктирная линия – потокам жидкости. (*) Осадки, попадающие в периметр завода, способствуют пополнению фильтрата. 2. Сокращения: ОФТБО – органическая фракция твердых бытовых отходов; СВ – сухое вещество; БВ – беззольное вещество.

Этап предварительной обработки разработан, чтобы сконцентрировать органические вещества до биологической очистки и для удаления инертных материалов. Стадия предварительной обработки предназначена для удаления инертного материала и сосредоточения органического вещества перед биологической обработкой. Процесс анаэробного сбраживания основан на технологии DRANCO (Сухое анаэробное компостирование, Бельгия). Это сухой термофильный процесс при температуре 50 – 55 °С. Для рециркуляции перерабатываемого материала (брожения) предусмотрен реактор смешения. Время выдержки – 22 дня, объем реактора составляет 1700 м³. Процесс разложения при сбраживании осуществлялся в две стадии: разложение в аэрируемых туннелях и фаза отверждения в свернутых слоях.

Таким образом, работе представлен обзор передового мирового опыта в сфере обращения с твердыми бытовыми отходами.