Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературной информации об основных направлениях обращения с твердыми коммунальными отходами 9
1.1. Анализ систем обращения с твердыми коммунальными отходами в городах 9
1.2. Анализ способов выделения вторичных ресурсов из твердых коммунальных отходов 18
2. Совершенствование системы обращения с твердыми-коммунальными отходами в городах 31
2.1. Исследование морфологического состава твердых коммунальных отходов городов и прогнозирование его изменений 33
2.2. Разработка системы инженерно-экологической оценки обращения с коммунальными отходами городов 39
2.2.1. Анализ стадий жизненного цикла отходов 41
2.2.2. Проведение инженерных расчетов и обоснование направлений движения потоков отходов 43
3. Разработка сетевой модели сортировочных станций для производства вторсырья 53
3.1. Дифференцирование территории города на ареалы, обслуживаемые станциями с сетью пунктов приема вторсырья 56
3.2 Определение мощности станций, оценка предотвращенного экологического ущерба для г.Самары 61
4 Разработка метода идентификации для выделения индивидуальных полимерных фракций из многокомпонентного потока отходов 66
4.1 Формирование исходного массива ИК-спектров полимерных составляющих твердых коммунальных отходов 68
4.2. Построение математической модели для идентификации полимерных изделий 75
4.3. Принципиальная схема организации сортировочных станций с выделением индивидуальных полимерных фракций 81
5. Экономическая часть 84
Выводы 90
Литература 91
- Анализ систем обращения с твердыми коммунальными отходами в городах
- Исследование морфологического состава твердых коммунальных отходов городов и прогнозирование его изменений
- Дифференцирование территории города на ареалы, обслуживаемые станциями с сетью пунктов приема вторсырья
Введение к работе
Рост городов сопровождается увеличением количества твердых коммунальных отходов (ТКО), что в свою очередь, негативно отражается на состоянии пригородных и городских территорий, приводит к деградации экосистем [1,2]. Современная практика обращения с отходами ориентирована на их переработку или размещение в.окружающей среде. В 2006 г. 97% ТКО было размещено на полигонах [2-4]. Сократить поток отходов на объектах их захоронения, и сжигания можно только одним способом — масштабным и своевременным выделением из ТКО ресурсов; пригодных для вторичного использования.
В мире существует множество технологий сортировки и частичной переработки ТКО в целях уменьшения объема для дальнейшего захоронения в окружающей среде. Большинство технологий, направленных на решение проблем с утилизацией ТКО, в основном ориентированы на сортировку (до 50-60 %) и частичную переработку уже отсортированных компонентов, остальные 40 % отходов, как правило, это пищевые и органические отходы, направляют на полигоны для захоронения [4-6]. Однако, в мегаполисах остро стоит проблема обращения с ТКО.
Идеология устойчивого развития общества предполагает улучшение условий жизни людей, которое невозможно без неуклонного совершенствования системы обращения с ТКО, проводимого на основе глубокого анализа стадий жизненного цикла отходов, разработки новых подходов к качественному извлечению и рециклингу ценных компонентов [3,4].
Организация сортировочных станций направлена на максимально полное извлечение из отходов технически ценных компонентов, особенно полимеров [6]. При содержании в отходах на уровне 10-15% мае, полимеры определяют ориентировочно 60% стоимости ресурсного потенциала ТКО [7]. Однако, решение задачи получения качественных вторичных полимеров в
настоящее время упирается в< несовершенство системы выделения индивидуальных полимерных фракций t из многокомпонентных смесей. Существующие способы сортировки полимеров по видам, основанные на визуальной идентификации, как правило, направлены на отбор емкостей из; полиэтилентерефталата и изделий из полиэтилена, составляющих фракцию вторсырья низкого качества ввиду присутствия ней других полимеров; в том числе хлорсодержащих [8-10]. Поэтому, в настоящий момент чрезвычайно актуальным является создание нового метода идентификации-, для промышленной сортировки полимеров, позволяющего эффективно определять их природу и тем самым, получать вторичные материалы высокого качества.
Целью работы является совершенствование системы обращения с ТК0 городов для увеличения^ доли; переработки отходов и снижения негативного воздействия на1 окружающую среду.
Для достижения поставленной цели необходимо было* решить следующие задачи:
разработать систему инженерно-экологической;оценки, позволяющую выявлять лимитирующие стадии в жизненном цикле потоков ТКО, определять оптимальные пути снижения негативного воздействия отходов на окружающую среду;
разработать научно-обоснованную модель организации сортировочных станций и пунктов приема вторсырья в городах;
провести оценку динамики состава ТКО городов во времени, с целью выработки прогноза производства вторсырья после переработки;
- создать схему выделения наиболее крупнотоннажных полимерных
фракций; из многокомпонентных ТКО на сортировочных станциях для
рециклинга.
Научная новизна
1. На основе многолетнего анализа состава отходов г. Самары и Тольятти получены уравнения, описывающие кривые устойчивого изменения
7 концентраций фракций, позволяющие прогнозировать состав ТКО, как источника вторичных материальных ресурсов;
2. Предложена усовершенствованная система инженерно-экологической
оценки обращения с коммунальными отходами города, представляющая
собой алгоритм, основанный на расчете материального баланса стадий
жизненного цикла отходов;
3. Предложена сетевая модель сортировочных станций с пунктами
приема вторсырья для увеличения доли переработки ТКО, снижения их
негативного воздействия на городские экосистемы и предотвращения
экологического ущерба;
4. Разработан новый способ идентификации изделий из полипропилена,
полистирола, полиэтилена, полиэтилентерефталата в многокомпонентных
ТКО, основанный на обработке ИК-спектров с применением методов
многомерного анализа..
Практическая значимость
1. Найдены коэффициенты уравнений, описывающих динамику
морфологического состава и позволяющие прогнозировать на ближайший
период времени содержание ценных фракций в ТКО для городов Самары и
Тольятти.
2. Система инженерно-экологической оценки позволяет разрабатывать
схемы санитарной очистки городов и мероприятия по их развитию,
позволяющие существенно уменьшить негативное влияние ТКО на
пригородные и городские экосистемы.
3. Сетевая модель является перспективным вариантом для
проектирования мусоросортировочных производств в городах и позволяет
рационально управлять потоками технически ценных компонентов отходов.
Сетевая модель применена при проектировании объектов централизованного
сбора и сортировки ТКО в г. Самаре, что позволяет предотвратить
экологический ущерб более чем на 40 млн. руб./год.
8 4. Способ выделения индивидуальных полимерных фракций из ТКО позволит получать на сортировочных станциях качественное полимерное вторсырье, и тем самым, расширить спектр направлений его вторичного использования.
5. Материалы диссертации используются в учебном процессе СамГТУ, СГАСУ студентами специальности «Охраны окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и слушателями факультета повышения квалификации.
Научные разработки построены на результатах анализа многолетних экспериментальных исследований морфологии ТКО городов Самары и Тольятти, произведенных в промышленных и лабораторных условиях по стандартным методикам аккредитованной Госстандартом России лаборатории Научно-аналитического центра промышленной экологии СамГТУ. Обработка результатов выполнена с использованием апробированных математических методов.
Работа выполнена в Самарском государственном техническом университете в рамках Федеральной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2007 гг.).
Анализ систем обращения с твердыми коммунальными отходами в городах
Объектом исследования в настоящей работе являются ТКО. К ним, относят отходы, образующиеся в жилых и общественных зданиях, торговых, зрелищных, спортивных и других предприятиях (включая отходы от периодического ремонта квартир), отходы» от устройств местного отопления, смет, опавшие листья, собираемые с дворовых территорий, и крупногабаритные отходы [11]. Такое определение дано в концепции обращения с твердыми бытовыми отходами в РФ и соответствует зарубежному термину «твердые муниципальные отходы» (Municipal Solid Waste) [12].
Обзор информации показал, что количественные данные о массе образования ТКО в России и за рубежом в разных литературных источниках отличаются друг от друга. Однако, для мирового потока ТКО характерно количество около 400 млн.т./год. Для России приводятся значения в пределах от 30 до 40 млн.т/год [13-16]. Приблизительных данных вполне достаточно, чтобы увидеть масштаб проблемы, которую представляют ТКО. До настоящего времени самым распространенным методом размещения отходов остается захоронение несортированных ТКО на полигонах и свалках. Это приводит к безвозвратной потере до 90% полезной продукции, имеющей реальный спрос на рынке вторичного сырья. При этом содержание ценных компонентов в отходах приближается к их содержанию в добываемом сырье. При захоронении утильных фракций ТКО на полигонах ежегодно безвозвратно теряется около 9 млн. тонн макулатуры, 1,5 млн. тонн черных и цветных металлов, 2 млн. тонн полимерных материалов, 0,5 млн. тонн стекла [17].
Рост благосостояния приводит к увеличению количества ТКО на душу населения. По данным специалистов АКХ им. К.Д. Памфилова масса ТКО возрастает от 0,3 до 0,5 % в год, а объем, соответственно, от 0,5 до 1,5% в год. Кроме увеличения массы, уменьшается плотность ТКО за счет возросшего содержания в них упаковочных материалов. [12,15,16,18].
ТКО - это продукт жизнедеятельности человеческого общества, который чужероден окружающей природной среде. С увеличением их количества возрастает негативное антропогенное воздействие на все компоненты экосистем и, как следствие, нарушение их саморегуляции. Особенно это характерно для крупных городов. Поэтому проблема совершенствования системы обращения с ТКО в городах, с целью уменьшения количества отходов размещаемых в окружающей природной среде, является одной из основных экологических проблем, требующей неотложного решения [2,19].
В настоящее время в мире доминирует идея минимизации отходов. Новейшая зарубежная концепция обращения с отходами связывается с понятием Zero Waste, который имеет два значения: ноль отходов и ноль потерь. В объединении этих двух значений заключается новый принцип отношения к отходам производства и потребления, получающий все более широкое распространение. В стратегическом плане центральное место в Zero Waste сохраняется за интенсивным использованием вторичного сырья и компостированием [20-25].
Информация о системе обращения с ТКО за рубежом приведена в работах многих авторов. Если рассматривать вопросы рециклинга, то следует отметить, что, например, в таких странах, как Германия, Дания, Испания, Канада, США, Финляндия, Швейцария и Швеция рециклинг ТКО составляет от 13% до 22 % от общего количества образующихся отходов. В то время как в Великобритании, Франции, Люксембурге, Италии, Бельгии он не превышает 5 %. Не смотря на то, что вторичные ресурсы интересуют всех, большинство стран все же сжигает до 75% (Япония, Люксембург) или размещает на полигонах до 98% (Ирландия, Финляндия) основной массы ТКО [12,13,25-27]. В" последние годы рециклинг ТКО повсеместно развивается, чему способствует сокращение природных ресурсов; и, активизация законодательной базы в области обращения с отходами., В Германии, например, в 1996 году после вступления в действие закона об отходах,, основным требованием которого является создание замкнутых, циклов хозяйственной деятельности, преобразилась вся отрасль, обращенияс ТКО. Основным направлением стало максимальное использование вторичных сырья и энергии [13]; В 2002 году количество ТКО, направляемых на зарубежные полигоны, уменьшилось на 75% по отношению к уровню 1993 г., а 2010 г. должен быть последним для выдачи разрешений на депонирование ТКО [28,29]. Здесь следует отметить, что опыт развитых стран зачастую с трудом применим в условиях России [30].
Исследование морфологического состава твердых коммунальных отходов городов и прогнозирование его изменений
ТКО являются источником ценного сырья, пригодного для вторичного использования. Изучение динамики изменения морфологического состава отходов позволит выставить ориентиры на использование ценных компонентов в будущем, получить востребованную на рынке продукцию из вторсырья [60,78,111].
Нами была поставлена цель изучения состава ТКО городов Самары и Тольятти и сопоставления полученных результатов с литературными данными по другим крупным городам, для определения перспектив изменения морфологии отходов как потенциального источника вторичных ресурсов.
На Заводе по переработке бытовых отходов, г. Тольятти были проведены исследования морфологического состава ТКО от жилого сектора города Тольятти. Состав отходов определяли в заданное время дня третьей декады каждого месяца. Результаты исследования по месяцам каждого года приведены в приложении 1.
Состав ТКО г.Самары изучали путем сортировки и последующего взвешивания фракций отходов, поступающих на городской полигон «Преображенка» на весах марки РП-200 Ш 13 с точностью 50-100 г. Проводили три взвешивания в месяц, затем рассчитывали среднеарифметические концентрации соответствующих фракций в партии отходов, содержащихся в одном мусоровозе (приложение 2). В качестве главных компонентов при изучении морфологического состава отходов выделяли бумагу, пищевые отходы, древесину, текстиль, кожу и резину, полимеры, металлы, стекло и прочие отходы (смесь компонентов, не вошедших в вышеуказанные группы). Экспериментальные исследования проводили совместно со специалистами базовых предприятий. Данные по составу отходов, полученные до 2000 года приведены из литературы.
Закономерности изменения состава ТКО в зависимости от времени года хорошо изучены и опубликованы во многих работах [5,15,16]. В отличие от предыдущих исследований, в данной работе поставлена цель изучения более глобальных изменений состава отходов, определяющихся тенденциями развития социума в городах России на протяжении десятка лет и более. Для достиженият этой цели проведен анализ состава ТКО по городам Самаре и Тольятти (рисунки 2.1, 2.2), полученного путем арифметического усреднения содержания компонентов за календарный год.
Согласно полученным данным, по содержанию в массе отходов, и соответственно, по значимости для дальнейшей промышленной сортировки и вторичной переработки как положительной, так и отрицательной значимости компоненты ТКО нами разделены на три категории: Первая категория (особо значимые): пищевые отходы, бумага, картон, полимеры; Вторая категория (значимые): прочие отходы; Третья категория (малозначимые): древесина, текстиль, кожа, резина, металлы, стекло.
Дифференцирование территории города на ареалы, обслуживаемые станциями с сетью пунктов приема вторсырья
Достижение эффективной работы сортировочной станции, в крупных городах возможно при соответствии производственной мощности станции и объемов- коммерческих отходов, образующихся в населенном пункте. Сетевой метод организации станций и пунктов приема вторсырья предусматривает закрепление за сортировочной станцией определенного градопромышленного агломерата, который является ареалом обслуживания части отходообразующего пространства города. Это позволяет не1 только провести точные расчеты возможных поступающих объемов ТКО- на-станцию и пункты приема, но и сбалансировать их колебания во времени в процессе сбора.
Зонирование территории города на градопромышленные агломераты и определение количества и возможных мест расположения станций проводят на основании изучения генерального плана города. Основными критериями выбора являются: архитектурно-градостроительный. Заключается в анализе расположения промышленных зон города;
- эколого-санитарный. Учитывает негативное влияние, которое может оказать поток мусоровозного транспорта на окружающую природную среду и здоровье населения, наличие необходимой территории для обеспечения нормативных размеров санитарно-защитной зоны станции; транспортный. Учитывает расположение автотранспортных магистралей, подъездных дорог на станцию.
Станции сортировки отходов следует располагать в промышленных зонах города для снижения негативного воздействия на городскую окружающую среду и здоровье населения при транспортировании большегрузным автотранспортом отходов и вторсырья. В отличие от станций, пункты приема вторсырья необходимо размещать в непосредственной близости от жилого фонда, согласно санитарному законодательству.
Ареалы обслуживания станций должны охватывать определенную городскую территорию, не обязательно принадлежащую единому административному району города. При проведении зонирования территории города на ареалы обслуживания станций учитывают расположение селитебной зоны и сети автотранспортных магистралей, по которым наиболее удобно доставлять отходы.
Как показывают наши исследования (таблица 3.1), организация сортировочных производств ТКО целесообразна в крупных городах с развитой инфраструктурой сферы обслуживания населения [82,116]. Для средних городов с населением 100-200 тыс. жителей более эффективно организовывать пункты приема вторсырья с цехом первичной подготовки продукции.
Похожие диссертации на Совершенствование системы обращения с твердыми коммунальными отходами в городах
