Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ проблемы оценки технологий обработки твердых коммунальных отходов различного компонентного состава 10
1.1. Понятие и свойства твердых коммунальных отходов 10
1.2. Современное состояние и перспективы развития системы обращения с твердыми коммунальными отходами 14
1.3. Влияние компонентного состава твердых коммунальных отходов на эффективность технологий обращения с ними
1.5. Анализ существующих методик исследований компонентного состава твердых коммунальных отходов 24
1.6. Анализ методов оценки технологий обработки твердых коммунальных отходов 36
1.7. Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. Разработка методики исследования компонентного состава твердых коммунальных отходов 43
2.1. Общие принципы 43
2.2. Обоснование основных показателей экспериментальных исследований состава твердых коммунальных отходов 48
2.3. Статистическая обработка результатов и оценка качества измерений 65
2.4. Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. Исследования компонентного состава твердых коммунальных отходов и оценка их ресурсного потенциала 69
3.1. Верификация разработанных методических подходов 69
3.2. Основные временные тенденции изменения состава твердых коммунальных отходов 71
3.3. Основные ресурсные показатели и эмиссионные характеристики твердых коммунальных отходов 77
3.4. Выводы по главе 3 89
ГЛАВА 4. Разработка методики и оценка технологий обработки твердых коммунальных отходов 91
4.1. Методика оценки технологий обработки твердых коммунальных отходов 91
4.2. Зависимость эффективности ручной и оптико-механической сортировки твердых коммунальных отходов от характеристик отходов и параметров оборудования 111
4.3. Оценка технологий обработки и обоснование эффективной системы обращения с отходами на примере г. Екатеринбурга.. 121
4.4. Выводы по главе 4 127
Заключение 129
Список литературы 132
- Влияние компонентного состава твердых коммунальных отходов на эффективность технологий обращения с ними
- Анализ методов оценки технологий обработки твердых коммунальных отходов
- Основные временные тенденции изменения состава твердых коммунальных отходов
- Зависимость эффективности ручной и оптико-механической сортировки твердых коммунальных отходов от характеристик отходов и параметров оборудования
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время система обращения с твердыми коммунальными отходами (ТКО) в России развита слабо, несмотря на значительные объемы их образования (более 30 млн. т в год). Более 90 % всех отходов размещаются на свалках и полигонах и формируют значительную экологическую нагрузку за счет изъятия земельных ресурсов и эмиссий в атмосферу и водные объекты в местах размещения отходов. С целью рационального использования и охраны водных, воздушных и земельных ресурсов Земли и ресурсосбережения в качестве перспективного развития системы обращения с ТКО предлагаются к применению разные технологии утилизации и обезвреживания ТКО, целесообразность применения которых должна быть обоснована с точки зрения экологических и экономических эффектов. Практически любая технология утилизации или обезвреживания требует обработки отходов. Технологии обработки ТКО, в частности сортировка, подобранные с учетом состава исходных ТКО, позволяют управлять эмиссиями загрязняющих веществ в окружающую среду при утилизации, обезвреживании и захоронении ТКО. Разработка методики и оценка технологий обработки ТКО на основе необходимых данных об их компонентном составе является актуальной задачей.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиям эффектив
ности технологий обработки, утилизации и обезвреживания ТКО и эмиссий в
окружающую среду при размещении отходов посвящены работы
А.Н. Мирного, Е.И. Пупырева, В.И. Сметанина, А.Д. Потапова, Я.И. Вайсмана и др. Подходы и методы анализа компонентного состава ТКО описаны в работах П. Бруннера, Л. Дален, Ю. Каацке, рекомендации по выполнению исследований содержатся в зарубежных (SWA-Tool, 2004, ASTM, 2003) и отечественных (Методика исследования свойств твердых отбросов, 1970, ПНД Ф 16.3.55-08, 2008) методических документах, результаты натурных исследований состава отходов представлены в трудах Н.Ф. Абрамова, О.В. Улановой, Д.С. Якшилова, Г. Денафаса и др.
Вместе с тем, используемые методики и полученные результаты исследований компонентного состава ТКО не содержат обоснований требуемого объема исследований и не учитывают изменений компонентного состава ТКО со временем, а методики оценки технологий обработки ТКО не учитывают зависимости эффективности сортировки от предварительной подготовки отходов.
Цель работы: разработка методики и выполнение геоэкологической оценки существующих и создаваемых технологий обработки твердых коммунальных отходов различного компонентного состава.
Основные задачи работы:
-
Проанализировать существующие методы геоэкологической оценки технологий обработки ТКО различного компонентного состава.
-
Разработать методику проведения натурных исследований компонентного состава ТКО с учетом современной структуры потребления товаров и услуг, тенденций ее изменения и требований к достоверности результатов.
-
Верифицировать разработанную методику на практике, установить средние значения содержания отдельных компонентов, закономерности формиро-
вания ресурсного потенциала ТКО и экологической нагрузки на окружающую среду при обработке, утилизации, обезвреживании и размещении отходов в зависимости от компонентного состава ТКО.
4. Разработать методику геоэкологической оценки технологий обработки ТКО, основанную на зависимости состава, свойств и ресурсного потенциала выходящих потоков отходов, вторичных материалов и эмиссий в окружающую среду от компонентного состава исходных ТКО и выполнить геоэкологическую оценку технологий на примере ручной и оптико-механической сортировки с учетом их эффективности.
Объект исследования: геоэкологическая оценка технологий обработки твердых коммунальных отходов различного компонентного состава.
Предмет исследования: геоэкологическая оценка существующих и создаваемых технологий обработки твердых коммунальных отходов различного компонентного состава.
Методология и методы исследования. При выполнении исследований использовались методы гравиметрического анализа, синтеза, анализа и обобщения информации, системного анализа, математического и алгоритмического моделирования, статистической обработки результатов.
Научная новизна:
-
Разработана методика исследования компонентного состава ТКО, оценки их ресурсного потенциала и эмиссионных характеристик, основанная на зависимости объема исследований от требуемого уровня детализации и достоверности получаемых данных и учитывающая современную структуру потребления товаров и услуг.
-
Для современного состава ТКО городов России установлены средние значения содержания отдельных компонентов в пределах одной категории для макулатуры (картон – 35 %, бумага – 37 %, прочая макулатура – 28 %), полимеров (пленки – 48 %, полиэтилентерефталатные бутылки – 21 %, полиэтиленовые бутылки – 4 %, упаковка – 12 %, прочие полимеры – 15 %) и металлов (черные металлы – 84 %, цветные – 16 %), установлены закономерности формирования ресурсного потенциала ТКО и экологической нагрузки на окружающую среду при обработке, утилизации, обезвреживании и размещении отходов в зависимости от компонентного состава ТКО.
-
Разработана методика геоэкологической оценки технологий обработки ТКО, основанная на зависимости состава, свойств и ресурсного потенциала выходящих потоков отходов, вторичных материалов и эмиссий в окружающую среду от компонентного состава исходных ТКО и выполнена геоэкологическая оценка технологий на примере ручной и оптико-механической сортировки с использованием математически описанной зависимости их эффективности от характеристик отходов и параметров работы оборудования.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты научных исследований и теоретические положения диссертационной работы использованы при разработке методических рекомендаций по определению компонентного состава ТКО. На основе ресурсного подхода к управлению отходами и с учетом современной структуры производства и потребления товаров выделено
3 уровня исследований состава ТКО и актуализирован перечень определяемых компонентов – выделено 12 категорий, 25 подкатегорий, 55 компонентов.
Разработанная методика исследований компонентного состава ТКО может быть использована при планировании и внедрении раздельного сбора отходов и методов их промышленной обработки, утилизации и обезвреживания, проектировании объектов размещения отходов и оценке их воздействия на окружающую среду. Разработанная методика геоэкологической оценки технологий обработки ТКО может быть полезна при разработке территориальных схем обращения с отходами.
Практическая ценность работы заключается в апробации разработанной методики при определении компонентного состава ТКО для ряда городов РФ: Перми, Санкт-Петербурга, Оренбурга, Екатеринбурга, Самары, Южно-Сахалинска, Белоярского и Мегиона (ХМАО-Югра) и города Львова (Украина). С использованием полученных результатов выполнены обоснования схемы обращения с отходами при разработке: региональных схем обращения с отходами Пермского края, Нижегородской области, Ханты-Мансийского округа – Югры; генеральных схем санитарной очистки Екатеринбурга, Южно-Сахалинска, Кун-гура, Кунгурского, Чусовского и Чердынского районов Пермского края, Ланге-паса, Сургута, Сургутского и Белоярского районов ХМАО-Югры, села Газ-Сале ЯНАО. Методика использована для анализа состава потоков вторичного сырья при проведении научно-исследовательских работ по внедрению селективного сбора отходов на территории города Перми, для определения состава потоков отходов при работе мусоросортировочного комплекса г. Екатеринбург. Полученные данные о составе отходов использованы при проектировании объектов размещения отходов в Пермском крае, ХМАО-Югре, Владимирской области. Результаты исследований использованы в учебном процессе подготовки бакалавров и магистров по направлению «Техносферная безопасность».
Степень достоверности результатов исследований подтверждается применением классических методов исследования, принятых в теории отбора проб, сопоставимостью результатов теоретических и опытных исследований, применением статистических методов обработки экспериментальных данных, обоснованием минимальной массы и исследованием необходимого числа представительных проб, и репрезентативностью результатов при выбранной доверительной вероятности 0,95.
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработанная методика исследований компонентного состава ТКО, учитывающая современную структуру потребления товаров и услуг и тенденции ее изменения и определяющая основные показатели исследования: перечень определяемых компонентов, точность и погрешность измерений, места отбора проб, временные показатели, минимальную массу и общее количество проб.
-
Установленные для современного состава ТКО городов России средние значения содержания отдельных компонентов в пределах одной категории для макулатуры, полимеров и металлов, установленные закономерности формирования ресурсного потенциала ТКО и экологической нагрузки на окружающую
среду при обработке, утилизации, обезвреживании и размещении отходов в зависимости от компонентного состава ТКО.
3. Разработанная методика геоэкологической оценки технологий обработки ТКО, основанная на зависимости состава, свойств и ресурсного потенциала выходящих потоков отходов, вторичных материалов и эмиссий в окружающую среду от компонентного состава исходных ТКО и выполненная геоэкологическая оценка технологий на примере ручной и оптико-механической сортировки с использованием математически описанной зависимости их эффективности от характеристик отходов и параметров работы оборудования.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференции «Передовые технологии переработки и захоронения отходов: ориентиры применения и критерии отбора Международной ассоциации по твердым отходам» (ISWA), Москва, 31 мая – 2 июня 2011 г., конференции «КАЗАНТИП-ЭКО-2011. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения» XIX Международной научно-практической конференции, Щелкино, АР Крым, Украина, 6-10 июня 2011 г., специализированной выставке-конференции «Экология. Управление отходами», Екатеринбург, 4-6 февраля 2013 г., «Второй международной конференции по захоронению отходов» (ISWA), Эспоо, Финляндия, 16-18 мая 2013 г., Специализированной конференции Международной ассоциации по твердым отходам (ISWA) «Твердые бытовые отходы: системы управления и технические решения», Москва, 28-29 мая 2013 г., Евроазиатском симпозиуме по управлению отходами, Стамбул, Турция, 28-30 апреля 2014 г.
Личный вклад автора. Все разработанные основные положения, определяющие научную новизну и практическую значимость работы, вынесенные на защиту, разработаны лично автором.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, из них семь – в изданиях, входящих в Перечень рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит список литературы из 156 источников. Текст изложен на 150 страницах, иллюстрирован 28 рисунками и включает 30 таблиц.
Влияние компонентного состава твердых коммунальных отходов на эффективность технологий обращения с ними
Повышение степени благоустройства городских и сельских поселений и содержание их в надлежащем состоянии подразумевают, в том числе, и реализацию комплекса плановых, организационных, санитарных, санитарно-технических и хозяйственных мероприятий по сбору, удалению, обезвреживанию и захоронению отходов [1]. Очистка урбанизированных территорий от отходов затрагивает в первую очередь обращение с твердыми коммунальными отходами (ТКО).
В литературных источниках, справочных изданиях и нормативных документах [2-12] долгое время параллельно использовались понятия твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов. Изменениями в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления» [9] от 29.12.2014 г. введено понятие «твердые коммунальные отходы», под которыми понимают отходы, образующиеся в жилых помещениях в процессе потребления физическими лицами, а также товары, утратившие свои потребительские свойства в процессе их использования физическими лицами в жилых помещениях в целях удовлетворения личных и бытовых нужд. К твердым коммунальным отходам также относятся отходы, образующиеся в процессе деятельности юридических лиц, индивидуальных предпринимателей и подобные по составу отходам, образующимся в жилых помещениях в процессе потребления физическими лицами.
В ФККО последней редакции [13] также есть понятие «отходы коммунальные твердые» (группа 7 31 000 00 00 0), куда относятся в том числе: отходы из жилищ; мусор и смет уличный и т.п. ГОСТ 30772-2001 [14] и ГОСТ Р 53692-2009 [15] оперируют понятием «твердые бытовые отходы» (ТБО), к которым относят отходы потребления, образующиеся у населения, в том числе при приготовлении пищи, уборке и ремонте жилых помещений, содержании придомовых территорий и мест общего пользования, содержании в жилых помещениях домашних животных и птиц, а также устаревшие, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода.
Термин «твердые бытовые отходы» и аббревиатура «ТБО» широко использовались во многих нормативных актах регионального и местного уровня до внесения определения ТКО в Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» – утверждались нормы накопления ТБО, правила обращения с отходами, тарифы на вывоз и утилизацию ТБО. Определение ТБО при этом обычно не приводится. Большинство таких документов являются действующими до сих пор.
В некоторых документах отдельной строкой выделяются крупногабаритные отходы – КГО (иногда используется аббревиатура «КГМ» – крупногабаритный мусор), в некоторых указывается, что КГО являются частью ТБО. В соответствии с «Правилами обращения с отходами на территории города Перми» [16] крупногабаритные отходы (КГМ) – отходы производства, хозяйственной деятельности и потребления, утратившие свои потребительские свойства, размерами более 75 см в одну из сторон (в том числе мебель, бытовая техника, тара и упаковка от бытовой техники, мусор от ремонта и реконструкции квартир и мест общего пользования в многоквартирном доме и другой). Понятие ТКО, данное в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления», по определению включает КГО.
В данной работе понятие ТКО используется в определении, приведенном в Федеральном законе «Об отходах производства и потребления». ТКО – достаточно специфический вид отходов, состоящий из различных веществ органического и неорганического происхождения, который характеризуется особым составом и свойствами (таблица 1.1) [17].
Компонентный (морфологический) состав ТКО – это содержание в них отдельных компонентов, значительно отличающихся между собой по происхождению, химическому составу и свойствам, соотношение отдельных составляющих ТКО, выраженное в процентах к общей массе [18]. Определение «компонентный» более точно отражает суть понятия, «природу» предметов, входящих в ТКО, тогда как «морфологический» в приложении к физическим объектам – это признак, относящийся к форме, размерам и внешнему виду. Однако термин «морфологический состав ТКО» – достаточно устоявшееся понятие именно в значении его компонентного состава. В рамках данной работы данные определения считаются равнозначными, а по тексту используется понятие «компонентный состав».
Анализ методов оценки технологий обработки твердых коммунальных отходов
Традиционная схема определения фракционного состава ТКО включает выделение следующих фракций: менее 50 мм, 50-100 мм, 100-150 мм, 150 250 мм, более 250 мм. Соответственно для каждой фракции определяется свой компонентный состав, за исключением самой мелкой (так называемый «отсев»), состав которой не определяется. Однако, как показывает практика, выделение таких фракций не всегда оправдано. Так, при сортировке отходов мелкая фракция обычно отправляется на захоронение или компостирование. Отбираться такая мелкая фракция может на ситах с разными размерами (наиболее часто используются сита с размерами ячейки от 40 до 80 мм). Компонентный состав отходов целесообразно определять, учитывая эти размеры. Кроме того, в мелкую фракцию (например, размерами до 50 мм) может попадать до 30 и более процентов всех отходов, что существенно снижает информативность результатов. Поэтому зачастую есть необходимость выделять более мелкую фракцию, например размерами 15 или 20 мм. С учетом опыта выполнения работ нами рекомендованы следующие размеры отверстий сита для исследований фракционного состава ТКО (таблица 2.1) [17].
Основной ряд 250 100 50 25 Дополнительный ряд 150 80 40 10 Компонентный состав ТКО, таким образом, целесообразно определять отдельно для разных фракций, при необходимости обобщая полученные результаты. Анализ компонентного состава ТКО с точки зрения метрологии – это измерение содержания отдельных компонентов, которое характеризуется точностью, достоверностью, правильностью, сходимостью, воспроизводимостью и погрешностью [93]. Исследования компонентного состава ТКО включают отбор проб и анализ проб, при которых должно быть обеспечено надлежащее качество измерений. Качество измерений обеспечивается отбором необходимого количества репрезентативных проб отходов, их анализом с использованием оборудования необходимого класса точности и выполнением исследований в точном соответствии с принятой методикой.
Анализ методов и подходов, применяемых для исследований компонентного состава ТКО и основных требований по отбору представительных проб, их подготовке и анализу позволил разработать собственные методические подходы к исследованиям компонентного состава ТКО, в том числе с целью оценки их ресурсного потенциала.
Разработанные методические подходы включают в себя: - обоснование основных показателей экспериментальных исследований состава ТКО и порядка их определения - определяются ключевые параметры, устанавливается их взаимосвязь между собой, обосновывается порядок их определения, приводятся алгоритмы и формулы расчета; - определение основных показателей экспериментальных исследований состава ТКО с целью оценки их ресурсного потенциала для управления отходами - с учетом конкретной цели исследования определяются основные показатели; - разработку методики исследований компонентного состава ТКО -приводится совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.
С учетом опыта выполнения исследований состава ТКО, анализа существующих методических руководств (см. раздел 1.6), требований стандартов по исследованиям состава топлива из отходов [94-96] и основных положений теории отбора проб [97-101] определен общий порядок выполнения исследований и взаимозависимость основных показателей (рисунок 2.2).
Как следует из рисунка 2.1, показатели исследования взаимозависимы и обусловлены условиями выполнения работ, доступностью исходных данных (таблица 2.2). Таблица 2.2 – Порядок определения основных показателей экспериментального исследования компонентного состава ТКО Наименование показателя Обоснование основных показателей экспериментальных исследований состава ТКО Перечень определяемых компонентов Обоснование целесообразности выделения нескольких уровнейисследования. Необходимость актуализация перечня с учетомструктуры потребления. Выделение значимых компонентов Точность и погрешность измерений Обоснование точности измерений исходя из уровня исследований Минимальная масса пробы Обоснование зависимость массы проб от характеристик отдельных компонентов Временные показатели Обоснование необходимости выполнения исследований с охватом определенных периодов Место отбора проб Сравнительный анализ различных способов отбора проб Стратификация источников Обоснование необходимости стратификации источников Общее количество проб Обоснование зависимости количества проб от погрешности анализа и коэффициента вариации 2.2. Обоснование основных показателей экспериментальных исследований состава твердых коммунальных отходов Исходные данные По результатам выполненного анализа нами выделены следующие объекты экспериментального исследования компонентного состава отходов в зависимости от поставленных задач: 1) по источнику образования отходов: отходы населения (благоустроенного и/или неблагоустроенного жилищного фонда); отходы объектов инфраструктуры (магазины, школы, поликлиники, гостиницы, кинотеатры, библиотеки, магазины, склады, аптеки, банки, почтовые отделения, школы, техникумы, ВУЗы и т.п.). 2) по месту отбора проб: отходы из стандартных контейнеров с определенных контейнерных площадок (при использовании контейнерного сбора отходов, независимо от объема контейнера); отходы, выносимые населением в пакетах по графику (при бесконтейнерном сборе отходов); - отходы, собираемые в выкатных контейнерах (при использовании мусоропроводов); - отходы, поступающие на обезвреживание/использование/захоронение, непосредственно после разгрузки мусоровоза.
При постановке целей и задач исходят как из желаемого результата, так и из технической возможности отбирать и анализировать пробы. Для получения данных усредненного компонентного состава отходов необходимо понимать вклад каждого источника отходов в общий поток отходов.
При выполнении исследований компонентного состава ТКО наличие результатов предыдущих исследований на данной территории позволяет более точно задать основные показатели, тем самым оптимизировать натурные работы. В частности, по результатам предыдущих исследований можно задать вероятное содержание отдельных компонентов в ТКО и его вариабельность (коэффициент вариации). При этом необходимо критически оценить качество имеющихся данных (данные не старше 5 лет).
Составление перечня определяемых компонентов Традиционно в компонентном составе ТКО выделяют от десяти до пятнадцати компонентов: бумага, картон, пищевые отходы, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, кости, стекло, кожу и резину, камни, полимерные материалы, прочее (неклассифицируемые материалы) и отсев (менее 15-50 мм) [17-18]. Однако выделение данных компонентов в настоящее время не отвечает как современному составу ТКО, так и информативным потребностям применяемых технологий по переработке ТКО. В связи с этим список определяемых компонентов должен периодически актуализироваться. Нами предложены 3 основные критерия выделения нового компонента в составе ТКО: - массовый - содержание предметов, значительно отличающихся по происхождению, химическому составу и свойствам от уже выделенных в отдельный компонент предметов, превышает 1 % по массе (так в отдельный компонент были выделены «подгузники»); - ресурсный - выделяемый компонент представляет ценность как вторичный ресурс, а его выделение из потока ТКО может быть экономически целесообразно (например, «алюминиевая банка»); - эмиссионный - выделяемый компонент является значимым с точки зрения его опасности для окружающей среды и/или здоровья человека (например, «опасные материалы»).
С учетом разработанных критериев, накопленного нами опыта проведения работ по определению компонентного состава ТКО, а также литературных [32, 33] и справочных данных, нами был обновлен и структурирован список компонентов, определение которых актуально на сегодняшний день (таблица 2.3).
Основные временные тенденции изменения состава твердых коммунальных отходов
При расчете предотвращенного экологического ущерба системы обращения с отходами приняты следующие допущения: - предотвращенный экологический ущерб оценивается как разница между экологическим ущербом наихудшего варианта и рассматриваемой технологической схемы обращения с отходами; - в качестве наихудшего варианта для сравнения принято размещение ТКО на объектах захоронения отходов без обработки; - в качестве границ рассматриваемой системы приняты границы системы обращения с отходами, входящими потоками которой являются смешанные или раздельно собранные ТКО, а выходящими потоками -вторичное сырье, топливо или отходы, подлежащие обезвреживанию/захоронению; - вторичное сырье и топливо считаются товарными продуктами системы обращения с отходами, а экологический ущерб от дальнейших этапов использования вторичного сырья и топлива в рамках данной работы не рассматривается. Общеизвестный [131-139] алгоритм оценки предотвращенного экологического ущерба от отходов, размещаемых в окружающей среде, приведен на рисунке 4.3.
Основной сложностью при выполнении подобных расчетов является оценка удельного образования эмиссий в атмосферный воздух и водные объекты. Очевидно, что уровень удельного образования эмиссий зависит от качественного состава размещаемых отходов - чем больше инертных компонентов содержат размещаемые отходов, тем ниже будет выделение загрязняющих веществ. Зачастую при оценке предотвращенного экологического ущерба учитывается только валовое снижение массы размещаемых отходов, а фактические данные о компонентном составе входящего потока ТКО и его изменение на отдельных этапах системы обращения с отходов не учитываются. Другими словами, состав и удельное образование выделяемых в окружающую среду загрязняющих веществ принимается постоянным и не зависит от состава отходов. В связи с этим становится актуальной разработка алгоритма оценки удельного выделения загрязняющих веществ в зависимости от компонентного состава ТКО.
Эмиссии при захоронении отходов обусловлены, преимущественно, выделением биогаза [136-138]. Разработанный алгоритм оценки эмиссий при захоронении отходов в зависимости от компонентного состава ТКО включает следующие последовательные расчеты: - оценка содержания биоразлагаемого углерода в отходах исходя из его содержания в отдельных компонентах; - оценка метанового потенциала отходов исходя из содержания в них биоразлагаемого углерода; - оценка удельного образования загрязняющих веществ при разложении отходов с известным метановым потенциалом исходя из среднего состава биогаза.
Как рассчитывается метановый потенциал отходов, было рассмотрено выше (см. главу 3), справочный состав биогаза приведен в таблице 4.2.
Таким образом, исходя из компонентного состава отходов можно рассчитать возможные эмиссии в атмосферный воздух при их захоронении.
Загрязнение водных объектов при захоронении отходов связано с образованием фильтрата и его попаданием в поверхностные и подземные водоемы [140-144]. Ввиду отсутствия данных о роли отдельных компонентов ТКО в выделении загрязняющих веществ с фильтратом принимаем постоянным удельное количество загрязняющих веществ, которое переходит в фильтрат на единицу массы отходов (таблица 4.3).
Для того, чтобы получить размер ущерба на 1 т ТКО, используется показатель удельного использования территории под размещение отходов, который представляет собой значение, обратное плотности размещения отходов (отношению общей массы отходов к площади территории).
Снижение массы и объемов захораниваемых отходов за счет извлечения вторичных ресурсов позволяет сократить поток выделяемого метана, количество загрязняющих веществ, переходящих в фильтрат, и потребность в необходимых площадях для размещения свалок и полигонов и обеспечивает предотвращенный экологический ущерб [145].
Кроме того, экологическая оценка технологии обращения с отходами может быть выполнена на основании расчета потенциала выделения парниковых газов. Порядок оценки эмиссий метана, как основного парникового газа, образующегося при разложении органических компонентов ТКО, приведен в разделе
Сокращение эмиссий метана при разложении ТКО за счет снижения массы захораниваемых отходов или их метанового потенциала, таким образом, может быть оценено в денежном эквиваленте как возможный доход от торговли квотами на выбросы парниковых газов.
Технико-экономическая оценка При планировании развития системы обращения с отходами необходимо адекватное технико-экономическое обоснование для понимания уровня капитальных затрат, себестоимости переработки и ее рентабельности. Для подобных расчетов необходимы данные не только об объемах образования отходов, но и об их составе и свойствах [130].
Разработка бизнес-планов по внедрению технологий переработки отходов включает в себя оценку многих параметров, зависящих от свойств самого потока отходов и технико-экономических показателей применяемых технологий и оборудования. Кроме того, обязательно учитываются финансовые показатели (текущая ставка дисконтирования, возможные схемы кредитования, ожидаемая инфляция и т.п.). В рамках выполненных данной работы эти показатели не учитывались, все расчеты выполнены на текущий момент, что приемлемо при сравнении нескольких вариантов развития системы обращения с отходов между собой в один период времени.
Зависимость эффективности ручной и оптико-механической сортировки твердых коммунальных отходов от характеристик отходов и параметров оборудования
При изначальном содержании большого количества мелких частиц и/или измельчения отходов m"v - 0, а, следовательно п - да 5 - чем мельче
частицы извлекаемого компонента при постоянном содержании компонента в отходах, тем большее количество рабочих и постов сортировки потребуется для извлечения компонента. Соответственно, при ручной сортировке отходов измельчение отходов - нежелательная операция, а предварительное удаление мелкой фракции способствует повышению эффективности сортировки.
Производительность одного рабочего зависит от характеристик компонента (размера частиц, их формы и массы), экспериментальные значения по некоторым компонентам при сортировке ТКО после отделения мелкой фракции (60 мм) и без измельчения приведены в таблице 4.6. Производительность рабочих по разным компонентам примерно одинакова и для остальных компонентов может быть принята на уровне 0,8 частиц/с. Таблица 4.6 - Средняя производительность одного рабочего по извлечению разных компонентов С учетом неравномерного распределения частиц компонентов по массе приемлемая эффективность извлечения видимых частиц компонента на уровне 95 % может быть достигнута с использованием значительно меньшего количества рабочих. В связи с этим исследования фракционного состава и анализ распределения частиц компонентов по массе являются актуальной задачей. Натурные исследования показали, что некоторые компоненты, например ПЭТ-бутылки, представлены относительно однородными по размерам и массе частицами, другие, например пленки, очень разнородны по размерам и массе (рисунок 4.9).
Зная среднюю массу одной частицы компонента рассчитывается необходимая численность рабочих, которая на графике распределения частиц компонента по массе (рисунок 4.9) задается как 100 % от общего количества частиц. Задавая численность рабочих по оси абсцисс (в процентах от необходимой для выделения всех видимых частиц), по оси ординат (рисунок 4.9) можно найти эффективность извлечения видимых частиц компонента и далее рассчитать общую эффективность извлечения (коэффициент трансформации) компонента в поток вторичного сырья.
Характеристики отходов (р, сг, т., dt, qi и распределение частиц компонентов по массе), таким образом, наряду с параметрами процесса сортировки (производительностью, шириной и скоростью движения конвейерной ленты и количеством рабочих для выделения каждого компонента) определяют эффективность ручной сортировки. Сами характеристики зависят от компонентного и фракционного состава исходных отходов и их предварительной подготовки. Например, при отделении мелкой фракции содержание ПЭТ-бутылок и подобных видов вторичного сырья в крупной фракции увеличивается, при эффективном освобождении отходов из пакетов увеличивается доля распознаваемых частиц и т.д.
Эффективность оптико-механической сортировки складывается из двух показателей: эффективности распознавания и эффективности воздушной сепарации («отстрела»): к.йт - доля частиц /-того компонента, распознаваемых сканирующим устройством, долей ед.; km – доля частиц /-того компонента, выделенных из общего потока отходов, по отношению к числу распознанных частиц, долей ед.; Экспериментально установлено [155], что эффективность распознавания материалов при оптико-механической сортировке не ограничена скоростью выполнения операции распознавания и размерами частиц (обычно исключение составляют только частицы менее 20 мм) и зависит от того, насколько индивидуально расположены частицы отходов на конвейере:
Эффективность воздушной сепарации распознанных компонентов зависит от свойств самих компонентов, скорости конвейера, давления воздуха и других факторов [156]. Математическое описание процесса воздушной сепарации затруднено виду большого числа влияющих факторов, поэтому эффективность отстрела может быть получена экспериментально при условии, что все частицы отходов на конвейере не перекрываются и однозначно идентифицируются сканирующим устройством (к ш=1).
Оценка эффективности перспективной технологической схемы обращения с ТКО выполнена на примере г. Екатеринбург в рамках корректировки генеральной схемы санитарной очистки и разработки проектной документации для строительства мусоросортировочного комплекса на полигоне ТКО «Широкореченский» в 2009 г., а также, после ввода объекта в эксплуатацию, работ по определению компонентного состава потоков отходов при работе мусоросортировочной линии в 2012 г.
Рассмотрена схема обращения с ТКО, основанная на выделении ресурсного потенциала отходов путем их сортировки. В рамках данной технологической схемы выделено два варианта: с общим сбором отходов и с неполным раздельным сбором (работы по его внедрению в нескольких микрорайонах города ведутся с 2009 года). В каждом варианте в свою очередь рассматривается использование ручной или оптико-механической сортировки. Линия ручной сортировки отходов проектной производительностью 100 тыс. т/год функционирует в г. Екатеринбурге с 2011 года, вторая линия (100 тыс. т/год) запущена в 2012 г. Рассматриваются варианты модернизации линии с внедрением оптико-механической сортировки. Получение вторичного топлива предлагается как перспективная технология для извлечения остаточного ресурсного потенциала (рис. 4.10).