Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния и путей повышения качества и эффективности городской системы обращения с промышленными, твердыми бытовыми и токсичными отходами . Стр. 10
1.1. Анализ состояния вопросов и тенденции развития системы обращения с твердыми бытовыми и промышленными отходами. Стр. 10
1.1.1 . Общая характеристика существующих систем обращения с отходами . Стр. 10
1.1.2.Технические методы и средства сбора отходов. Стр. 18
1.1.3.Технические средства и методы транспортирования отходов. Стр.22
1.1.4.Технические средства и методы обезвреживания отходов. Стр.25
1.2.Анализ морфологического состава ТБО. Стр.29
1.2.1. Обзор существующих опубликованных данных по морфологическому составу ТБО. Стр.29
1.2.2. Сравнительный анализ морфологического состава ТБО Ленинградской области и города Санкт-Петербурга. Стр.33
1.3. Обоснование целей и задач исследования. Стр.36
Глава 2. Разработка и анализ и типовых технологических процессов системы обращения с твердыми бытовыми и промышленными отходами . Стр.39
2.1 . Системный подход к исследованию технических методов и средств селективного сбора отходов. Стр.39
2.2. Морфологический состав и свойства отходов. Стр.46
2.3. Процесс транспортирования в системе селективного сбора отходов. Стр.50
2.4. Оценка производительности линии сортировки ТБО. Стр.53
2.4.1. Расчётная техническая производительность линии сортировки ТБО. Стр.53
2.4.2. Производительность по вторичному сырью. Стр.56
2.4.3. Оценка объёма отгружаемых отходов (хвостов). Стр.57
Глава 3. Планирование и методика проведения экспериментальных исследований влияния систем сортировки на объемы ТБО, подлежащих захоронению на полигоне . Стр.61
3.1. Оценка морфологического состава твёрдых бытовых отходов. Стр.61
3.1.1. План эксперимента по определению морфологического состава ТБО на сортировочной линии ООО «ЭКОДОТ». Стр.61
3.1.2. Используемое оборудование и его характеристики . Стр.74
3.1.3. Особенности проведения некоторых видов работ технологического процесса. Стр.80
3.2. Методика расчёта показателей транспортной работы специализированных автомобилей в системе селективного сбора. Стр.83
3.3. Методика расчёта производительности оборудования для сортировки отходов. Стр.85
Глава 4. Анализ результатов проведенных экспериментальных и теоретических исследований . Стр.86
4.1. Анализ морфологического состава ТБО по данным экспериментальных исследований . Стр.86
4.1.1. Оценка точности и достоверности результатов исследования. Стр.92
4.1.2. Оценка некоторых физико-механических свойств вторичного сырья. Стр.95
4.1.3. Анализ результатов экспериментов по определению некоторых физико-механических свойств ТБО. Стр.95
4.2. Анализ результатов расчёта движения специализированного транспорта в системе селективного сбора отходов. Стр.99
4.3. Анализ результатов расчёта производительности линии сортировки. Стр. 100
4.4. Экономическая эффективность системы селективного сбора отходов. Стр. 102
4.4.1. Капитальные вложения в создание системы селективного сбора отходов. Стр. 102
4.4.2. Текущие затраты. Стр. 103
4.4.3. Доход от внедрения системы селективного сбора отходов. Стр.104
4.5. Разработка рекомендаций по повышению производительности и экономической эффективности станций сортировки ТБО. Стр. 110
Заключение. Стр. 110
Литература. Стр. 112
Приложение. Стр.127
- Общая характеристика существующих систем обращения с отходами
- Системный подход к исследованию технических методов и средств селективного сбора отходов.
- Используемое оборудование и его характеристики
- Анализ морфологического состава ТБО по данным экспериментальных исследований
Введение к работе
Полноценная геоэкологическая система, обеспечивающая нормальное существование человеческого общества, должна учитывать техногенные процессы, связанные с функционированием социума, освобождение от отходов, генерируемых жизнедеятельностью человека, и возвращение системы в равновесное, устойчивое состояние.
Проблема сбора, транспортирования, хранения и утилизации твердых бытовых и промышленных отходов все чаще и чаще поднимается не только в средствах массовой информации, но и звучит в решениях и действиях различных государственных и общественных организаций. Это вовсе не дань моде, а назревшая актуальнейшая проблема, стоящая перед всеми крупными городами и мегаполисами, а в частности перед городом Санкт-Петербургом и Ленинградской областью.
По официальной статистике, город Санкт-Петербург производит 6,5 млн. кубометров твердых бытовых отходов (ТБО), из которых 5 млн. хоронится на специальных полигонах, 1,5 млн. поступают на заводы по переработке мусора, где их превращают в органическое удобрение (компост). Более 43% твердых бытовых отходов из Петербурга вывозится в Ленинградскую область на полигоны, на которых отходы утрамбовываются бульдозерами и присыпаются землей. Во время дождей и весной, во время таяния снега, вода вымывает вредные вещества и уносит их в реки и подземные воды, отравляя окружающую территорию. Поэтому полигоны захоронения, помимо отчуждения больших количеств земли, экологически опасны и, кроме того, предопределяют потерю ценных компонентов ТБО.
Уменьшить поток отходов на полигоны и на несанкционированные свалки можно тремя основными способами:
-строительством заводов по утилизации отходов (сжигание, биопереработка и т.п.);
Общая характеристика существующих систем обращения с отходами
В живой природе имеет место замкнутая цепочка круговорота веществ, когда отходы одного вида организмов являются пищей для другого. Человек, едва выйдя из природы, вступил с ней и сам с собой в конфликт, засоряя планету бытовыми, промышленными и токсичными отходами, которые просто накапливаются в окружающей среде, разрывая цепочку круговорота веществ.
Проблема утилизации городских отходов обострилась с образованием крупных городов и городских агломераций. До этого времени, во-первых, отходов было значительно меньше, во-вторых, так называемая «всасывающая» способность окружающей среды позволяла природе принимать в себя отходы.
В процессе развития человеческой цивилизации абсолютное количество твердых бытовых отходов неуклонно возрастало. Это связано с ростом населения, с чрезмерной концентрацией его в городах и изменением образа жизни людей. В античных городах с мусором поступали просто - выбрасывали на мостовую, где он накапливался до какого-нибудь знаменательного события, например, военного парада. Первый известный закон, запрещающий такую практику, появился в 320 г. до н. э. в Афинах, после чего подобный опыт быстро распространился по всей Древней Греции и греческим городам-колониям. В Древнем Риме домовладельцы были обязаны убирать улицы возле своих владений. Мусор высыпали в открытые ямы прямо за городскими стенами. С ростом населения город оказался в кольце мусорных куч; тогда и появились первые примитивные мусоровозы на лошадиной тяге, транспортирующие бытовые отходы подальше от города. После падения Рима об организованном сборе и захоронении бытовых отходов в мире забыли до 1714 г., когда каждый английский город стал обязан иметь муниципального мусорщика. В Америке организованный сбор мусора начался в конце XVIII столетия в Бостоне, Нью-Йорке и в Филадельфии.
В XVIII-XIX веках власти многих городов вынуждены вводить строгие правила для регулирования накопления отходов. Муниципалитеты оформили ответственность за сбор и утилизацию отходов в законах, В эти годы чаще всего мусор вывозили за городские ворота и просто складировали на различных хранилищах в сельской местности, В результате роста городов свободные площади в их окрестностях уменьшались, а неприятные запахи, возросшее количество крыс, вызванное свалками, стали невыносимыми. Со временем отдельно стоящие свалки были заменены ямами для хранения мусора. Но в густо населенных районах Европы этот способ, как требующий слишком больших площадей и способствующий загрязнению подземных вод, был предпочтен другим методам.
Один из таких методов - сжигание отходов, которое начали применять еще тогда, сотни лет тому назад. Первое систематическое использование мусорных печей было опробовано в Нотингеме, Англия, в 1874 г. Сжигание сократило объем мусора на 70-90 %, в зависимости от состава, поэтому оно нашло свое применение по обе стороны Атлантики. Густонаселенные и наиболее значимые города вскоре внедрили экспериментальные печи, но не везде смогли оправдать затраты. Большие затраты на них были бы уместны тогда, когда не было бы дешевого способа захоронения. Многие города, которые применили эти печи, вынуждены были отказаться от этого метода в связи с загрязнением атмосферы продуктами сжигания отходов.
Захоронение отходов оказалось в числе наиболее популярных методов решения данной проблемы. 90 % отходов в США до сих пор закапывается. Но свалки в США быстро заполняются, и страх перед загрязнениями подземных вод делает их нежелательными соседями. Эта практика заставила людей во многих населенных пунктах страны прекратить потребление воды из колодцев. Так как бытовые отходы вывозились на свалки, расположенные вблизи населенных пунктов, то обслуживание свалок осуществлялось за счет муниципальных бюджетов. Со временем, из за постоянной угрозы здоровью населения, исходившей от свалок (отравление грунтовых вод, размножение переносчиков заболеваний, неприятный запах, дым от частых самовозгораний и др.), органы власти стали предъявлять более строгие требования к их размещению, конструкции и эксплуатации. На это потребовалось больше расходов, - тогда власти города стали активнее распределять бремя финансовой ответственности на производителей отходов.
Отрицательное отношение населения и новые природоохранные стандарты делали открытие новых свалок (или «полигонов по захоронению ТБО», как они стали именоваться) все более сложным делом. Причина этого -не деньги, которые взимались с населения или с предприятий. Все большее число специалистов и простых граждан понимали, что путь свалок является тупиковым, отодвигающим, но не ликвидирующим опасность, исходящую от отходов. Стало ясно, что необходимы новые подходы к системам обращения с отходами.
Усиливающаяся острота экологической проблемы городских отходов заставляла сторонников новых методов искать все более сильные аргументы в пользу внедрения новых методов утилизации. Рост городов и, как следствие, увеличение объемов отходов нередко рассматривается как нарастание риска экологической катастрофы. В условиях роста городов объем и состав теперь превосходит организационные и физические возможности их утилизации. Власти Пекина, Шанхая, Тайджина и еще 24 крупнейших городов Китая пытаются справиться со свалками, которые вырастают на 10 % в год. Нередко официальные лица городов как в индустриально развитых, так и в развивающихся странах, могут лишь наблюдать за ростом отходов. В некоторых регионах инфраструктура по утилизации отходов уже перегружена, а в других ее еще не существует.
Системный подход к исследованию технических методов и средств селективного сбора отходов.
В целом морфологический состав ТБО в обоих случаях одинаков. Можно отметить, что в городских ТБО больший процент бумаги. Это можно объяснить тем, что в сельской местности больше бумаги сжигается в печах.
Близким оказался в обоих случаях и процент неперерабатываемых отходов. Надежная и современная информация о состоянии проблемы ТБО в России, к сожалению, отсутствует. По мнению аналитика корпорации RAND Д.Петерсона "Из всех экологических опасностей "Восточноевропейского" региона, опасность, связанная с твердыми отходами, наименее документирована". Однако из фактов, время от времени попадающих на страницы прессы и в правительственные доклады, складывается представление о том, что огромный промышленно развитый СССР обращался со своими отходами подобно стране третьего мира, фактически сваливая их где попало и как попало. Аналогичная ситуация имеет место и в России.
В целом можно сделать общий вывод, что данные специальной литературы мало что дают для оценки морфологического состава ТБО. Использование этих данных при построении системы селективного сбора приведет к грубейшим ошибкам. Необходимо провести объективную оценку морфологического состава ТБО, а для этого необходима корректная, научно обоснованная методика.
Анализ специальной литературы показал, что несмотря на титанические усилия общества, проблема загрязнения окружающей среды не только не решена, а наоборот приобретает все большую и большую актуальность. Выход из данной ситуации подсказывает сама природа. Необходимо вернуть отходы в круговорот веществ, т.е. часть отходов вернуть в производство, а оставшуюся часть в виде биоресурса вписать в обычную природную цепочку круговорота. Наиболее эффективным и быстрым способом снижения объема отходов на первом этапе является изъятие из отходов вторичных ресурсов и возврат их в производство. Для этого необходимо разработать на основе системного подхода технологические методы и средства системы селективного сбора ТБО. Наиболее сложным в техническом отношении объектом в системе селективного сбора является линия сортировки отходов, параметры которой должны рассчитываться с учетом характеристик всей технологической цепочки селективного сбора и опираться на достоверные данные по морфологическому составу отходов.
Изложенное выше позволяет сформулировать цель исследования, которая заключается в уменьшении нагрузки на окружающую среду путем изъятия вторичных ресурсов из ТБО, подлежащих захоронению на полигонах. Для достижения заданной цели в диссертации решались следующие научные и практические задачи. 1. Разработать математические модели элементов системы селективного сбора ТБО. 2. Разработать методики оценки морфологического состава ТБО и оценки его физико-механических и количественных параметров. 3. Разработать методику оценки производительности систем, предназначенных для сортировки ТБО. 4. Оценить влияние морфологического состава ТБО и его характеристик на объем мусоропотока, подлежащего захоронению на полигоне. 5. Отработать технологию проведения натурного эксперимента и провести экспериментальные исследования по оценке морфологического состава ТБО. Выводы 1. Проблема совершенствования системы обращения с отходами является актуальной, т.к. она связана со все усиливающимся загрязнением окружающей среды. 2. Доля отходов подлежащих прямому захоронению на полигонах неуклонно уменьшается. Вместе с тем увеличиваются объемы отходов, которые используются тем или другим способом и (или) возвращаются в кругооборот веществ. 3. Наиболее перспективной является система, построенная на возврате отходов в повторный оборот т.к. она соответствует естественному природному круговороту веществ. 4. Селективный сбор отходов является основной системой практически во всех экономически развитых странах мира. Объясняется это тем, что до 60-80% отходов являются потенциальными материальными ресурсами, которые могут быть вовлечены в хозяйственный оборот. 5. Наибольший эффект в обеспечении возврата в производство вторичных ресурсов может обеспечить только мусороперегрузочная станция с сортировкой отходов. А наиболее ответственным оборудованием в этом процессе является оборудование, предназначенное для сортировки этих отходов. 5. В специальной литературе широко освещены различные методы обезвреживания отходов. Гораздо меньше работ посвящено такой важной проблеме как сортировка отходов перед обезвреживанием или размещением. 6. Ни один метод обевреживания не может быть безопасным в экологическом отношении, если отходы не будут предварительно отсортированы. 7. Под сортировкой понимается не только изъятие определенных фракций непосредственно перед обезвреживанием, но и работа на этапах сбора и транспортирования, т.е. речь идет о системе селективного сбора отходов. 8. В основу корректной системы селективного сбора должны быть положены объективные данные по морфологическому составу отходов. Необходимо провести объективную оценку морфологического состава ТБО, а для этого необходима научно обоснованная методика. 9. При создании системы обращения с отходами необходим системный подход, увязывающий свойства отходов и технические методы и средства сбора, транспортирования, обезвреживания и размещения. 10. Надежная и современная информация о состоянии проблемы отходов в России, к сожалению, отсутствует.
Используемое оборудование и его характеристики
После оформления результатов и фиксации их в соответствующих таблицах, отобранное вторичное сырье поступало в пакетировочный пресс. С помощью пресса формировался пакет вторичного сырья, и после обвязки его проволокой, устанавливался на площадке для хранения вторичного сырья. Пример пакета с картоном представлен на рис.3.9. Вес такого пакета может достигать 200 кг.
Таким образом, разработана методика эксперимента по определению морфологического состава отходов, позволяющая получить объективные данные для расчета всей технологической цепочки системы селективного сбора. Методика расчета показателей транспортной работы специализированных автомобилей в системе селективного сбора. Показатели работы специализированных автомобилей оценивались компьютерным расчетом по зависимостям, выведенным во второй главе. Объективность методики расчета достигается правильным выбором исходных данных. Исходные данные, представленные в табл. 3.7. определены исходя из опыта работы ОАО «Автопарк№6»Спецтранс». Расчеты производились исходя из объема селективно собираемых отходов равного одной тысяче кубических метров. Для повышения объективности расчетов за основу были взяты показатели и тарифы на традиционный вывоз смешанных отходов, а показатели для селективного сбора рассчитывались относительно них. В такой ситуации сравнительная оценка носит более объективный и наглядный характер. 3.3. Методика расчета производительности оборудования для сортировки отходов. В основу расчетов положены зависимости, выведенные в главе 2. В качестве исходных данных взяты данные, полученные в результате исследования морфологического состава отходов. Из всего количества компонент отходов в качестве вторичного сырья изымались только те, которые имеют реальный коммерческий спрос. Остальные компоненты считались неперерабатываемыми отходами и вывозились на полигон для размещения. В результате разборки твердых бытовых и промышленных отходов отбираются следующие виды вторичного сырья: Макулатура сортируется и готовится к отправке потребителям в соответствии с ГОСТ 10700-97. Полиэтилен и ПЭТ-бутылки отправляются для переработки в полимерную крошку. Полимерная крошка может быть использована в качестве сырья при изготовлении широкого спектра изделий из пластмассы. Текстиль (тряпки) используются при производстве рубероида. Пищевое стекло и стеклобой сортируется в соответствии с требованиями потребителя. Металлолом (вторичные черные металлы) сортируются и подготавливаются к отправке потребителям в соответствии с ГОСТ 2787-75. Выводы 1. Разработана новая методика оценки морфологического состава отходов. 2. Выбраны и обоснованы исходные данные для проведения расчетов по влиянию морфологического состава отходов на производительность линии сортировки. Глава 4. Анализ результатов проведенных экспериментальных и теоретических исследований. Анализ морфологического состава ТБО по данным экспериментальных исследований. Морфологический состав отходов определялся по результатам четырех экспериментов. В каждом эксперименте разборке на компоненты подлежали 27 м3 отходов. Три эксперимента проведены со смешанными, а четвертый с селективно собранными отходами. Для оценки результатов были использованы данные учета ООО «Экодот». Эти данные позволяют исключить грубые ошибки при проведении экспериментов. Результаты исследования морфологического состава отходов по объему сведены в табл. 4.1.
Анализ морфологического состава ТБО по данным экспериментальных исследований
Так как бытовые отходы вывозились на свалки, расположенные вблизи населенных пунктов, то обслуживание свалок осуществлялось за счет муниципальных бюджетов. Со временем, из за постоянной угрозы здоровью населения, исходившей от свалок (отравление грунтовых вод, размножение переносчиков заболеваний, неприятный запах, дым от частых самовозгораний и др.), органы власти стали предъявлять более строгие требования к их размещению, конструкции и эксплуатации. На это потребовалось больше расходов, - тогда власти города стали активнее распределять бремя финансовой ответственности на производителей отходов.
Отрицательное отношение населения и новые природоохранные стандарты делали открытие новых свалок (или «полигонов по захоронению ТБО», как они стали именоваться) все более сложным делом. Причина этого -не деньги, которые взимались с населения или с предприятий. Все большее число специалистов и простых граждан понимали, что путь свалок является тупиковым, отодвигающим, но не ликвидирующим опасность, исходящую от отходов. Стало ясно, что необходимы новые подходы к системам обращения с отходами.
Усиливающаяся острота экологической проблемы городских отходов заставляла сторонников новых методов искать все более сильные аргументы в пользу внедрения новых методов утилизации. Рост городов и, как следствие, увеличение объемов отходов нередко рассматривается как нарастание риска экологической катастрофы. В условиях роста городов объем и состав теперь превосходит организационные и физические возможности их утилизации. Власти Пекина, Шанхая, Тайджина и еще 24 крупнейших городов Китая пытаются справиться со свалками, которые вырастают на 10 % в год. Нередко официальные лица городов как в индустриально развитых, так и в развивающихся странах, могут лишь наблюдать за ростом отходов. В некоторых регионах инфраструктура по утилизации отходов уже перегружена, а в других ее еще не существует. Так, поддержка в пользу станций по переработке отходов в энергию в США стала расти как снежный ком. В 1986 г. на конференции мэров США было объявлено о существовании 69 таких станций, а также о строительстве в ближайшее время еще около 61. Большинство из них используют технологию сжигания общей массы. Топливом служит мусор, который краном переносится в специальную печь. Другие применяют технологию, где топливом служит мусор, из которого удалены металлы и стекло, и в который добавили немного угля. На некоторых подобных станциях также отделяют определенные, имеющие низкие теплотворные способности, органические отходы, с тем чтобы использовать в качестве удобрений. Иногда даже кажется, что технология массового сжигания является наиболее привлекательной - из-за отсутствия высоких требований к топливу, и поэтому они могут быть переданы в частные руки - при гарантированном спросе на энергию.
Приверженцы электростанций обращаются к международному опыту их использования. Около 350 таких станций работает в Бразилии, Японии, на территории бывшего СССР и в разных странах Западной Европы, где находится около половины всех этих станций. В Дании, Японии, Швеции и Швейцарии более половины всего мусора сжигается, но лишь часть из них вырабатывает электричество. Гораздо большее их число предназначены для получения пара, идущего на отопление жилых домов и предприятий. С 1970 г. количество электростанций, работающих на мусоре, в Японии увеличилось в 4 раза. В США лишь 3 % отходов сжигается. Приверженцы данной технологии считают, что к концу столетия их объем возрастет до 40 %.
Число программ по уничтожению отходов растет. Власти города Портлэнда приняли решение перерабатывать около 52 % всех своих отходов, а оставшиеся - либо сжигать для выработка энергии, либо закапывать для получения метана и перегноя. Эта программа уже дала свои результаты, и уровень переработки бытовых отходов составил 22 % - это самый высокий процент по США. Все проблемы обращения с отходами характерны и для России. Только за десятилетие перед перестройкой, с начала 1970-х до конца 1980-х в России бытовых отходов стало в 2 раза больше. Это миллионы тонн. И произошло это по причине улучшения культуры упаковки и появления большого количество одноразовой упаковки. И по этому показателю мы почти догоняем Запад.
