Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.2. Сценарии утилизации ТБО в городе Иркутске
В целях оптимизации системы управления бытовыми отходами были разработаны 3 сценария, которые отражают различные варианты решений комплексного управления отходами в г. Иркутске, потенциально возможных для реализации до 2020 г. Для оценки общего экологического эффекта от их внедрения данные сценарии сравниваются с существующей системой управления отходами
Первоочередной задачей при оптимизации системы управления бытовыми отходами является внедрение раздельного сбора отходов в источнике образования, который является ключевым элементом экологически безопасных технологий утилизации. Включение в экономически эффективное вторичное использование возможно только предварительно отсортированных отходов. Разделение всей смеси неразделенных отходов приводит, как показывает мировая практика, к излишним затратам, потере ценных компонентов и загрязнению потенциального сырья, требующего операций по предварительной обработке, перед включением в производство, что значительно усложняет процесс. Наличие инфраструктуры сбора, наличие объемов реально собираемых отходов – объективные факторы появления и реальный стимул развития отходоперерабатывающих мощностей. Поэтому раздельный сбор – это основа решения проблемы рационального использования ресурсов и снижения количества остаточных отходов, требующих дальнейших операций по утилизации. Выбор системы раздельного сбора включает в себя определение видов и количества выделяемых фракций отходов.
Второй задачей оптимизации системы управления отходами является экологически безопасная утилизация «хвостов» переработки, неутилизируемых остаточных отходов. В разработанных сценариях рассматриваются 3 возможных варианта раздельного сбора отходов и сценарии предусматривают различные альтернативы утилизации остаточных отходов:
● полигонное захоронение без применения системы сбора и очистки фильтрата и сбора и утилизации свалочного газа;
● выделение органических отходов с последующим компостированием и депонирование «хвостов»;
● механико-биологическая обработка остаточных отходов.
Во всех сценариях используются одинаковые мусоровозы для сбора и транспортировки всех фракций отходов до мест утилизации с вместимостью кузова 4 т или до 20 м3 (при средней плотности вывозимых отходов 0,11 куб.м/т и коэффициенте уплотнения 2) и для транспортировки вторичных потоков после обработки до мест конечного размещения или реализации применяются мусоровозы грузоподъемностью 7 тонн. Расстояние полигона принимается равной 22 км, расстояния до мест утилизации, захоронения и реализации – 30 км.
Условные обозначения в сценариях:
|
Единица |
– количество отходов, тыс тонн/год |
|
|
– входные потоки отходов |
|
|
– выходные потоки отходов |
4.2.1. Сценарий № 1 (существующий сценарий)
Сбор
Сбор отходов осуществляется без предварительного разделения, то есть выделяется 1 поток отходов – смешанные отходы (остаточные
отходы). Перерабатываемые отходы (менее 1 %) в данном сценарии не учитываются. Сбор осуществляется в стандартные металлические контейнеры объемом 0,75 куб.м.
Сбор и транспортировка
Сбор и транспортировка производится специализированными мусоровозами ежедневно до городского полигона ТБО.
Утилизация
Утилизация отходов представляет собой размещение на полигоне слоем 2 м, который разравнивается бульдозерами и ежедневно засыпается промежуточным слоем инертных материалов, толщина которого составляет 20 см. Сбор и использование выделяющегося свалочного газа и очистка фильтрационных вод не предусмотрено. Схема сценария изображена на рис. 4.7.
Рис. 4.7. Сценарий № 1 (существующий сценарий утилизации отходов)
4.2.2. Сценарий № 2
Сбор
В сценарии № 2 предусматривается раздельный сбор отходов на 2 потока в местах образования:
● «Сухие» отходы – вторичные ресурсы, пригодные для промышленной переработки (пластмассы, стекло, макулатура, металлы), составляющие около 45 % от общей массы ТБО;
● «Влажные» отходы – в основном биоразлагаемые отходы для компостирования (кухонные, пищевые, садовые отходы) – 33 % и остаточные отходы, не подвергающиеся вторичной переработке.
Данный способ раздельного сбора отходов является наиболее простым и экономичным, требующим минимальных усилий со стороны населения и необходимого пространства для организации мест сбора и раздельного вывоза отходов. Отделение «сухих» вторичных ресурсов от «влажных» позволяет предотвратить загрязнение основной доли вторсырья, что в несколько раз повысит экономическую эффективность
дальнейшей переработки ВМР. Характеристика используемых для сбора контейнеров представлена в табл. 4.8.
Таблица 4.8
Характеристика используемых контейнеров
|
Поток отходов |
Размер, куб.м |
Материал |
Цена, руб. |
Частота сбора, раз/год |
|
«Сухие» отходы |
1,1 |
Сталь |
18525 |
365 |
|
«Влажные» отходы |
0,75 |
Сталь |
5590 |
365 |
Транспортировка
«Сухие» и «влажные» отходы, собранные из специально оборудованных под раздельный сбор на два потока контейнеров, вывозятся раздельно до мусоросортировочного комплекса и полигона мусоровозами.
Утилизация
«Сухие» отходы подвергаются профессиональной покомпонентной сортировке с применением как ручной, так и автоматической сортировки на мусоросортировочном комплексе (МСК) с извлечением ценных компонентов с последующим их прессованием и коммерческой реализацией. «Сухие» отходы разделяются на 13 основных подфракций: 1 – бумага; 2 – картон; 3 – смешанное стекло; 4 – зеленое стекло; 5 – коричневое стекло; 6 – прозрачное стекло; 7 – сталь; 8 – алюминий; 9 – полиэтилен высокого давления (ПЭВД); 10 – полиэтилен терефталат (ПЭТ); 11 – полиэтилен низкого давления (ПЭНД); 12 – смешанный пластик; 13 – упаковка тетрапак из-под жидких продуктов; и определенная доля загрязнений и примесей. Доля остаточных отходов после сортировки принята равной 10 %. Разделенные фракции отходов подвергаются в дальнейшем тем же процессам переработки, как и в сценарии № 4. Транспортировка продукции МСК и остаточных отходов до предприятий по переработке и полигона осуществляется транспортными мусоровозами. Расчет потребного количества мусоровозов проведен с учетом объемов перевозимых отходов, расстояния до конечных пунктов перевозки, вместимости мусоровозов.
«Влажные» отходы подлежат депонированию на полигоне ТБО г. Иркутска. Усовершенствование полигона путем внедрения средств защиты окружающей среды сценарий не рассматривает. Схема сценария № 2 представлена на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Сценарий № 2
4.2.3. Сценарий № 3
Сбор
Весь объем отходов в сценарии № 3 разделяется на 3 потока:
● «Сухие» отходы – вторичные ресурсы, пригодные для промышленной переработки (пластмассы, стекло, макулатура, металлы), составляющие около 45 % от общей массы ТБО;
● Органические отходы – биоразлагаемые отходы, подвергающиеся компостированию (кухонные, пищевые, садовые отходы) – 33 %;
● Остаточные отходы – прочие неперерабатываемые отходы (одноразовые подгузники, строительные отходы; многослойные упаковки, для которых не предусмотрен раздельный сбор; загрязненные ВМР, не отвечающие требованиям предъявляемым к раздельно собираемым вторичным ресурсам).
Введение третьей фракции неперерабатываемых отходов позволяет получить незагрязненный поток органической фракции, который может быть использован для получения товарного компоста. Также повышается качество выделяемых вторичных ресурсов, которые не загрязняются неперерабатываемыми «сухими» отходами. Контейнеры, используемые при оценке данного сценария, представлены в табл. 4.9.
Транспортировка
Раздельно собранные потоки отходов вывозятся раздельно до мусоросортировочного комплекса, предприятия по компостированию отходов и полигона соответственно. Расчет потребного количества мусоровозов проведен с учетом объемов перевозимых отходов, расстояния до конечных пунктов перевозки, вместимости мусоровозов.
Таблица 4.9
Характеристика используемых контейнеров
|
Поток отходов |
Размер, куб.м |
Материал |
Цена, руб |
Частота сбора, раз/год |
|
«Сухие» отходы |
1,1 |
Сталь |
18525 |
365 |
|
Органические отходы |
0,66 |
Пластик |
13000 |
365 |
|
Остаточные отходы |
0,75 |
Сталь |
5590 |
365 |
Утилизация
«Сухие» отходы как и в сценарии № 2 направляются на мусоросортировочный комплекс (МСК) для сортировки отходов по видам, категориям и выделения остаточных отходов (загрязнений), которые подлежат захоронению на полигоне. Доля остаточных отходов составляет 10 % от собранных отходов. Разделенные и спрессованные ВМР отправляются на предприятия по переработке, аналогичные рассматриваемым в сценарии № 4.
Органические отходы подвергаются аэробному компостированию в специализированных установках. Перед компостированием отходы подвергаются механической обработке для удаления загряз-
няющих материалов.
В выбранной технологии для данного сценария компостирование проводится в 2 этапа: 1. – интенсивное компостирование в компостирующих реакторах и 2. – созревание штабелями в компостных туннелях. Перед компостированием раздельно собранные органические отходы подвергаются механической обработке отходов для удаления загрязняющих материалов, количество которых принимается равной 10 %. Автоматизация процессов, интенсификация компостирования путем аэрации и перемешивания приводит к укорочению периода производства компоста на 1 этапе до 10–14 дней. Свежий компост подвергается дальнейшему созреванию, который занимает около 8 недель. После всего периода компостирования, в общей сложности 10 недель, продукция может быть использована в качестве компоста. Оба этапа компостирования сопровождаются эмиссиями в воздух и воду. Выделяющиеся загрязняющие вещества в процессе компостирования предварительно очищаются перед сбросом или выбросом. Образующий компост и осадок от очистки сточных вод используется для удобрения сельскохозяйственных земель. Кредит рассчитывается за содержание питательных веществ в компосте. Принимается, что они заменяют использование искусственных удобрений.
Остаточные отходы подвергаются размещению на городском полигоне. Сбор свалочного газа и фильтрата также не предусматривается. Схема сценария № 3 представлена на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Сценарий № 3
4.2.4. Сценарий № 4
Сбор
В данном сценарии весь поток отходов разделяется на 4 фракции ценных компонентов (стекло, металлы, пластики, бумага) и 5 фракцию остаточных отходов. Для сбора используются цветные контейнеры, характеристика контейнеров дана в табл. 4.10. Раздельно собранные отходы направляются для предварительной обработки (сортировку, прессование) или переработки на специализированные предприятия.
Транспортировка
Раздельно собранные потоки ВМР вывозятся раздельно до специализированных предприятий, остаточные отходы до предприятия по
аэробной механико-биологической обработке отходов.
Таблица 4.10
Характеристика, используемых контейнеров
|
Поток отходов |
Размер, куб.м |
Материал |
Цена, руб. |
Частота сбора, раз/год |
|
Стекло |
1,1 |
Сталь |
9000 |
104 |
|
Пластики |
1,1 |
Сталь |
9000 |
104 |
|
Бумага |
1,1 |
Сталь |
9000 |
104 |
|
Металл |
1,1 |
Сталь |
9000 |
104 |
|
Остаточные отходы |
0,75 |
Сталь |
5590 |
365 |
Утилизация
1. Вторичные материальные ресурсы.
Раздельно собранные ценные фракции отходов подвергаются переработке, то есть служат сырьем для специализированных предприятий. Ниже рассмотрены процессы переработки, смоделированные в данном сценарии.
Переработка бумаги и картона
Раздельно собранные отходы бумаги и картона состоят из 2 основных подфракций: 1 – бумага, подвергающаяся переработке и 2 – картон; и определенное количество загрязнений. Значения состава раздельно собранных бумаги и картона, принятые в сценарии, даны в табл. 4.11:
Таблица 4.11
Состав раздельно собранных бумаги и картона [86]
|
Подфракция |
Содержание (%) |
|
Бумага с качеством после удаления чернил |
60 |
|
Картон |
35 |
|
Загрязнения |
5 |
Отходы бумаги и картона дополнительно сортируются и очищаются на предприятиях по предварительной обработке и направляются на конечные перерабатывающие предприятия. Остатки после сортировки размещаются на полигоне.
Бумага в настоящем сценарии перерабатывается в газетную бумагу. Этот процесс состоит из стадий роспуска и удаления чернил макулатуры. Производство газетной бумаги из древесной матрицы (исходное сырье), включающее управление лесными ресурсами, транспортировку, измельчение древесины и полный термомеханический процесс варки целлюлозы, является процессом, который удается избежать.
Картон перерабатывается в гофрированный картон. Этот процесс включает роспуск исходного картона комбинированием. Производство гофрокартона из древесной матрицы (исходное сырье), включая необходимую транспортировку, является процессом, который замещается. Этот процесс включает сочетание варки целлюлозы и роспуска древесной матрицы.
Переработка стекла
Раздельно собранные отходы стекла делятся на 4 подфракции: 1 – смешанное стекло; 2 – зеленое стекло; 3 – коричневое стекло; 4 – прозрачное стекло; и определенная доля загрязнений и примесей. В табл. 4.12 представлены принятые значения состава раздельно собранного стекла.
Таблица 4.12
Состав раздельно собранного стекла [86]
|
Подфракции |
Содержание (%) |
|
Смешанное стекло |
37 |
|
Зеленое стекло |
20 |
|
Коричневое стекло |
20 |
|
Прозрачное стекло |
20 |
|
Загрязнения и примеси |
3 |
Стекло (все виды) очищается и измельчается в бой стекла на предприятиях по предварительной обработке и транспортируется до конечного предприятия по переработке. Остатки после очистки и измельчения размещаются на полигоне.
Бой стекла (всех цветов) перерабатывается снова в стекло. Этот процесс включает переплавку отходов стекла в печах. Процессы производства стекла из исходного сырья, являются замещаемыми процессами, то есть количество эмиссий, сопровожающих эти процессы, которые удалось предотвратить за счет использования вторичного сырья, учитываются в виде кредитов.
Переработка металла
Раздельно собранные отходы металла делятся на 2 подфракции: 1 – сталь; 2 – алюминий; и определенная доля загрязнений и примесей. В табл. 4.13 представлены принятые значения состава отходов металла.
Таблица 4.13
Состав раздельно собранного металла [86]
|
Подфракции |
Содержание (%) |
|
Сталь |
77,5 |
|
Алюминий |
17,5 |
|
Загрязнения и примеси |
5 |
Отходы металла сортируются на предприятиях по предварительной обработке и транспортируются до конечного предприятия по переработке. Остатки после очистки и измельчения размещаются на полигоне.
Сталь перерабатывается во вторичное сырье путем электрической переплавки и дальнейшими металлургическими процессами. Производство первичной стали из первичного сырья, включая транспортировку, является замещаемым процессом, который включает плавление в доменных печах и последующие металлургические процессы.
Алюминий перерабатывается во вторичный алюминий. Этот процесс включает измельчение, удаление покрытия и переплавку отходов алюминия. Производство алюминия из первичного сырья, путем электролизных процессов, включая необходимую транспортировку, является замещаемым процессом.
Переработка пластика и композиционных материалов
Раздельно собранные отходы пластика и композиционных материалов состоят из 6 основных подфракций: 1 – полиэтилен высокого давления (ПЭВД); 2 – полиэтилен терефталат (ПЭТ); 3 – полиэтилен низкого давления (ПЭНД); 4 – смешанный пластик; 5 – картонные коробки из-пож жидких продуктов; 6 – другие композиционные материалы; и определенная доля загрязнений и примесей. В табл. 4.14 представлены принятые значения состава раздельно собранных отходов пластика и композиционных материалов.
Таблица 4.14
Состав раздельно собранных отходов пластика
и композиционных материалoв [86]
|
Подфракции |
Содержание (%) |
|
ПЭВД (все цвета) |
13,1 |
|
ПЭТ |
15,9 |
|
ПЭНД пленка |
16,9 |
|
Смешанный пластик |
25,3 |
|
Упаковка тетрапак из-под жидких продуктов |
11,2 |
|
Другие композиционные материалы |
6,6 |
|
Загрязнения и примеси |
11 |
Отходы пластика и композиционных материалов сортируются, измельчаются, брикетируются на предприятиях по предварительной обработке и транспортируются до конечного предприятия по переработке. Остатки после очистки размещаются на полигоне.
Отходы ПЭВД (все цвета) перерабатываются в многослойные бутылки из ПЭВД. Этот процесс включает измельчение, горячую мойку и гранулирование отходов ПЭВД и соэкструзию с первичным ПЭВД. Отходы ПЭТ перерабатываются в трехслойные ПЭТ бутылки. Этот процесс включает восстановление отходов нагреванием и выдув с первичным ПЭТ. Отходы ПЭНД пленки перерабатываются в ПЭНД пакеты. Этот процесс включает мойку и гранулирование отходов ПЭНД и соэкструзию с первичным ПЭНД. Отходы смешанных пластиков
перерабатываются в пластиковые штакетники. Этот процесс включает нагревание отходов пластика с добавлением карбоната кальция и последующей экструзией. Упаковка тетрапак из – под напитков перерабатывается в пульпу для производства бумаги. Этот процесс включает роспуск и удаление чернил отходов картонных коробок (переработка алюминия и полиэтилена не учитывается). Производство первичной пульпы, включая управление лесными ресурсами, необходимую транспортировку и химическую варку целлюлозы с сульфидом натрия без отбеливания является замещаемым процессом.
2. Остаточные отходы
Механико-биологическая обработка (МБО) – это альтернативный метод сжиганию, заключающийся в обработке смешанных или остаточных отходов перед захоронением. Концепция биологической обработки в аэробных установках МБО идентична компостированию. Для моделирования сценария аэробной МБО в настоящем исследовании была выбрана технология, основанная на «разделяющей» концепции.
Выбранная технология полностью герметизирована и состоит из механической обработки отходов с выделением высококалорийной легкой фракции и биологической обработки оставшихся отходов перед размещением на полигоне. Биологический процесс проводится аэрируемыми штабелями с еженедельным переворачиванием материала. Вместе с этим процессом происходит и интенсивная аэробная стабилизация. Норма аэрации контролируется автоматически температурой в штабеле. Это обеспечивает завершение интенсивного гниения в течение 3 недель и постепенное снижение интенсивности в течение следующих недель. Принятые оптимальные условия процесса позволяют достижение стабилизации низкокалорийной фракции в течение 14–16 недель. В оптимальных случаях полное разложение основной массы (около 80 % общего разложения) может быть достигнуто в течение 4–6 недель. Конечный продукт этих процессов – стабилизированная низкокалорийная фракция – может быть размещена на полигоне или (если возможно) использовано для рекультивации нарушенных земель. Высококалорийная фракция после выделения может быть использована в качестве топлива, полученного из отходов (RDF) в печах для обжига цемента или для утилизации энергии на мусоросжигательных установках. В данной работе принимается, что и стабилизированная фракция и RDF размещаются на полигоне. Очистка отходящего воздуха осуществляется в биофильтрах. Количество фракций с высокой теплотворной способностью
составляет 12 %.
Рис. 4.10. Сценарий № 4
Цель предприятия по аэробной механико-биологической обработке остаточных отходов – это обезвреживание, стабилизация и уменьшение объемов потока отходов перед захоронением, дополнительное выделение вторичных ресурсов (металлов, пластика). Отходы на данном предприятии проходят обработку в 2 этапа. 1 этап – механическая обработка включает:
● Разделение и измельчение отходов
● Отделение фракций с высокой теплотворной способностью (бумага, древесина, пластики). Данная фракция может быть реализована в виде топливных энергетических брикетов RDF, однако из-за отсутствия исследования целесообразности их применения в условиях города, она также размещается на полигоне.
● Удаление фракций, которые возможно использовать повторно (металл, пластики)
● Гомогенизация отходов перед биологической обработкой
2 этап – биологическая обработка отходов с целью превращения органической фракции в абсолютно стабильную форму. Биологическая обработка заключается в активной аэрации с постоянным перемешиванием отходов. Объем обработанных отходов снижается на 50 % за счет разложения органической составляющей. Схема сценария № 4 представлена на рис. 4.10.