Статья: Разработка технологических решений, повышающих эффективность комплексного управления твердыми бытовыми отходами

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТВЕРДЫМИ БЫТОВЫМИ ОТХОДАМИ

Ирина Геннадиевна Доронкина, преподаватель,

Оксана Николаевна Борисова, преподаватель,

Лазарь Яковлевич Шубов, д.т.н., проф.,

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва

Предложено решение задачи оптимизации процесса комплексного управления твердыми бытовыми отходами (ТБО) как единой технологической и экономической системы на основе регулирования качества и количества входящих в систему потоков отходов, повышения эффективности функционирования каждого элемента системы и отдельных технологических устройств и аппаратов; разработана технологическая схема малоотходной комплексной переработки ТБО, базирующаяся на управлении потоками отходов по критерию ресурсосбережения и экологической безопасности.

Ключевые слова: управление ТБО, пофракционный сбор, ресурсосбережение.

The authors proposed solution to the problem of optimization of the process of integrated management of solid waste (MSW) as single technological and economic systems based on regulatory quality and quantity in the system of waste streams, on increase of efficiency of the functioning of each element of the system and individual technological processes units. The article developed technological scheme of low-waste complex processing of solid waste, based on the management of waste streams on the criterion of resource and environmental safety.

Keywords: management of solid waste, fractional collection, resource saving.

Введение

Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) является остро актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, охраны окружающей среды и ресурсосбережения. Вследствие роста численности населения, повышения уровня жизни и соответственного увеличения потребления товаров во всем мире отмечается резкое возрастание количества ТБО. Проблема ТБО - глобальная проблема XXI века. Все, что человек производит для удовлетворения своих бесконечно растущих потребностей, в конечном итоге переходит в категорию отходов [1].

Цель настоящей работы - повышение комплексности использования ТБО на основе оптимизации процесса управления отходами как единой технологической и экономической системы путем регулирования качества и количества входящих в систему потоков отходов, повышения эффективности функционирования каждого элемента системы и отдельных технологических устройств и аппаратов.

Для достижения поставленной цели рассмотрим решение следующих основных задач:

· исследование состава отходов и оценка их обогатимости;

· выбор критериев оптимизации (эффективности) сепарационных процессов, влияющих на моделирование и результат оптимизации;

· выявление взаимосвязи параметров в технологической цепи управления ТБО;

· оптимизация технологических процессов и аппаратов и разработка научно обоснованной технологической схемы комплексного управления ТБО.

Анализ ситуации в сфере управления ТБО

Проанализируем ситуацию с ТБО в Москве и Московской области, а также положение, сложившееся в этой сфере в мировой практике.

В Москве образуется 3,8 млн т ТБО в год, в том числе в жилом секторе 2,7 млн т в год. При этом на свалки Подмосковья вывозят 80 - 85% ТБО (как и 30 лет назад) [2]. За последние 10 - 15 лет в Москве ничего реально не сделано для сокращения потока ТБО, направляемых на захоронение в Московскую область (хотя все эти годы проводился ничего не давший «эксперимент» по раздельному сбору вторсырья). Кроме того, в Москве не разработаны стратегические подходы к решению задач управления ТБО, механизм решения этих задач не раскрыт.

Итоговые количественные показатели, характеризующие образование в Москве ТБО в 2009г. и затраты города на их сбор, удаление и переработку, приведены в табл. 1 и на рис. 1.

Таблица 1. Схема управления ТБО в Москве и основные показатели

Примечание: МСЗ - мусоросжигательный завод; МПС - мусороперегрузочные станции

Рис. 1. Схема управления ТБО в Москве

переработка твердый бытовой отход

На территории Московской области функционируют восемь объектов по сортировке ТБО, где применяемой технологией является ручная сортировка неподготовленной массы исходных ТБО («грязный мусор»). Технология экологически и экономически не обоснована. Технологический процесс сортировки протекает в антисанитарных дискомфортных условиях. Ручная сортировка исходного («грязного») мусора в европейской практике не применяется, вручную сортируют вторсырье [3].

Следует отметить, что в правительстве области не разработаны стратегические подходы к решению задач управления ТБО.

В Московской области нет ни одного завода по промышленной переработке ТБО, хотя образуется до 2,7 млн т ТБО в год, в том числе в жилом секторе около 2 млн т в год. Полигонному захоронению в Московской области подвергается около 97% ТБО.

В ведущих странах ЕС (Германии, Австрии, Швеции, Дании, Нидерландах, Бельгии и др.), по данным Eurostat-2005 (рис. 2), захоронению подвергают менее 20% ТБО, а остальное их количество вовлекают в переработку (в том числе 40 - 65% используют в качестве вторичных материальных ресурсов (ВМР), а 25 - 35% сжигают с утилизацией энергии).

Рис. 2. Характеристика состояния системы санитарной очистки городов в странах Евросоюза (источник данных:Eurostat, диаграмма CEWEP+SNIDE)

По данным Ростехнадзора в Московской области существует 87 объектов для размещения отходов производства и потребления (рис. 3) общей площадью 926,5 га, из них имеют лицензии только 42 объекта (общей площадью 707,2 га).

В РГУТиС разработана и передана в Минэкологии Московской области Концепция оптимизации комплексного управления ТБО в Московской области и создания прогрессивной модели управления отходами, которая предусматривает поэтапное решение проблемы ТБО с учетом перспективной схемы распределения потока ТБО (рис. 4):

на этапе ресурсосбережения количество захораниваемых отходов снижается на 35 - 40% за счет оптимизации системы сбора и удаления ТБО; здесь же решаются вопросы выделения из ТБО ресурсов, пригодных для вторичного использования - на основе управления потоками отходов по критерию ресурсосбережения;

на этапе комплексной переработки (с применением сортировки и прогрессивных термических технологий) количество захораниваемых ТБО снижается до до 20% (уровень европейских стран).

Рис. 3. Схема расположения официальных свалок ТБО в Московской области

Рис. 4. Перспективная схема распределения потока ТБО

Пути решения проблемы ТБО в странах ЕС:

· управление ТБО по критериям ресурсосбережения и экологической безопасности;

· создание развитой индустрии вторсырья на базе организации селективного сбора ценных компонентов ТБО;

· создание и развитие системы специализированных производств по сортировке, термической и биотермической переработке отходов, по переработке вторсырья.

Методология подхода к повышению эффективности комплексного использования ТБО

Для технологических расчетов материальных потоков и массовых балансов ТБО использовались результаты исследований их морфологического и фракционного состава, которые представлены в табл. 2 [1]. Из таблицы видно, что основная масса ТБО приходится на фракцию менее 300 мм (выход 85 - 90%).

Таблица 2. Состав отходов

Примечание:

1. Стекло в составе исходных ТБО на 97% представлено целыми бутылками (все в классе -200+80мм).

2. Черный металл на 50% представлен консервными банками (белая жесть); почти все банки находятся в классе -200+80мм (+ более; - менее).

На рис. 5 представлены результаты ситового анализа ТБО и некоторых их компонентов (отходы характерны для жилого сектора города). В результате анализа установлено, что основная часть отходов, образующихся у населения, приходится на класс -150мм (более 80% от массы ТБО); в этом классе концентрируется около 80% черного металла, около 80% луженой тары (по уточненным данным, значительная часть оловосодержащих компонентов содержится в классе -200+80мм), более 95% лома алюминия, более 60% бумаги (от общего содержания этих компонентов в ТБО).

В иерархической структуре процесса управления ТБО определены следующие отношения последовательной соподчиненности уровней:

· сбор - транспортировка - переработка - реализация продукции - захоронение отходов;

· предприятие - технологическая схема - процесс - аппарат.

При этом задачи управления подразделены на три взаимосвязанные части:

1) оптимизация системы сбора отходов;

2) выбор способа подготовки сырья к переработке и его оптимизация;

3) оптимизация работы перерабатывающего комплекса, включая регулирование технологических процессов.

Рис. 5. Гранулометрическая характеристика ТБО и некоторых их компонентов: кривая 1- твердые бытовые отходы; кривая 2 - металлолом; кривая 3 - лом оловосодержащих компонентов; кривая 4 - лом алюминия, меди и их сплавов; кривая 5 - бумага (о - содержание при влажности: текстиль - 50%; ? - содержание при влажности: текстиль - 50%; картон - 20%, бумага - 50%; х - извлечение при влажности: текстиль - 50%)

Алгоритм управления на первой (низшей) ступени предусматривает стабилизацию процесса сбора отходов по качеству техногенного сырья. Задача получения оптимальной характеристики техногенного сырья связана с регулированием транспортировки отходов (на основе организации их раздельного пофракционного сбора в жилом и нежилом секторе города).

Выбор и оптимизация способа подготовки техногенного сырья к переработке базируется на использовании обогатительных процессов как наиболее универсальных подготовительных операций в схемах комплексной переработки ТБО и во многом определяется требованиями конкретной технологии.

Третья ступень управления, связанная с оптимизацией работы перерабатывающего комплекса, предусматривает достижение максимального эколого-экономического эффекта при заданной производительности. Основными параметрами процесса на этой ступени являются режимные технологические параметры (скорость, температура, продолжительность процесса).

На различных ступенях иерархии использованы разные критерии оптимальности. В итоге определены организационные условия эффективной технической и экономической политики в сфере управления отходами.

Оптимизация сортировки ТБО как технологической операции в схемах их сбора и транспортировки

Эффективность управления любой системой существенно повышается при регулировании входящих в систему потоков.

Согласно критерию ресурсосбережения, требуется получить такое содержание ценных компонентов в исходном сырье на стадии сбора отходов, чтобы обеспечить максимальный выход полезной продукции на стадии сортировки.