Необходимое условие самоокупаемости сортировочных установок - направление на сортировку отходов, достаточно обогащенных ценными компонентами: по расчетам (рис. 6.), доходы от реализации вторичного сырья начинают превышать расходы на сортировку при выходе полезной продукции более 10% (от исходного).
Рис. 6. Зависимость годовой прибыли сортировочного комплекса от выхода полезной продукции (с учетом расходов)
Извлекаемая ценность продукта, выделяемого на стадии сортировки из техногенного сырья, рассчитывается по следующей формуле [4]:
где q - коэффициент производительности техногенного сырья; m - число извлекаемых компонентов; бi - содержание i-го компонента в сырье; еi - извлечение i-го компонента при сортировке; Цi - цена 1т i-го компонента.
В качестве обобщенного технологического критерия сепарации ТБО как многокомпонентной смеси удобно использовать формулу на основе известного в обогащении критерия Фоменко:
где гi - выход i-го ценного компонента при сортировке; ?i - содержание i-го компонента в хвостах.
Вводим в предыдущую формулу коэффициенты ценности аi и получаем обобщенную функцию ценности работы сепарации (по выделению данного компонента):
Целью оптимизации процесса является получение максимальной прибыли П:
где ?k - содержание k-го компонента в хвостах; гk - выход хвостов; Цk - цена k-го продукта; З - затраты.
Себестоимость продукции в значительной степени зависит не только от эксплуатационных затрат, но во многом от расхода ТБО на 1т конечного продукта, т.е. от извлечения и содержания ценного компонента в исходном продукте.
В российских условиях [3] предпочтителен не покомпонентный, а пофракционный сбор вторсырья у населения и в нежилом секторе (рис. 7).
Наиболее экономичный и экологичный вариант раздельного сбора вторсырья у населения заключается в следующем:
· организация разъяснительной работы среди населения;
· организация активного участия населения (пофракционный сбор вторсырья - принцип «делим на два»);
· установка в удобных местах необходимого количества спецконтейнеров для собранных фракций вторсырья;
· создания современных комплексов по сортировке и компактированию ТБО;
· организация централизованного управления потоками отходов и вторсырья;
· задействование в системе раздельного сбора пунктов платной приемки вторсырья;
· создание технопарка для переработки вторсырья.
Рис. 7. Оптимальная схема управления ТБО на этапе ресурсосбережения
Для оптимизации процесса сепарации ТБО по крупности (выделение волокнистых и пленочных компонентов) создана модель аппарата (рис. 8) [5] с целью проведения технологических исследований, в ходе которых на основании регрессионных зависимостей извлечения волокнистых компонентов и их содержания в продуктах сепарации уточнены технологические параметры процесса, а также некоторые параметры аппарата. Выявлено, что наиболее перспективны аппараты с захватывающими элементами (крючья, штыри, штифты и т.п.).
В результате проведенных испытаний установлено, что основными факторами, влияющими на эффективность сортировки, являются положение разгрузочной и разделительной кромок (рис. 9), скорость питающего конвейера и расстояние от среза конвейера до крючьев.
Кроме того, выполнен анализ технических решений извлечения из потока ТБО волокнистых и пленочных компонентов.
Рис. 8. Стендовая установка для выделения из потока ТБО волокнистых и пленочных компонентов: 1 - корпус; 2 - штанга с крючьями; 3 - гребенка-съемник
Рис. 9. Влияние положения разделительной кромки на содержание и извлечение текстиля в концентрат: кривая 1 - содержание: текстиль - 50%; кривая 2 - содержание: текстиль - 50%; картон - 20%; бумага - 50%; кривая 3 - извлечение: текстиль - 50%; кривая 4 - извлечение: текстиль - 50%; картон - 20%; бумага - 50% (о - содержание при влажности: текстиль - 50%; ? - содержание при влажности: текстиль - 50%; картон - 20%; бумага - 50%; х - извлечение при влажности: текстиль - 50%)
Проведенные исследования позволяют обоснованно сформулировать основные принципы построения технологической схемы комплексного управления ТБО и объединения отдельных операций в единую технологию (рис. 10).
Рис. 10. Технологическая схема комплексного управления ТБО
Таким образом, на основе исследования состава ТБО и оптимизации процесса управления отходами разработаны технологические решения, повышающие комплексность использования отходов в качестве ВМР и ВЭР.
Предложено решение задачи оптимизации процесса комплексного управления 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.
Показано, что объединяющим процессом в схемах комплексного управления ТБО является сепарация, изменяющая качественный и количественный состав отходов и решающая задачи рационального использования техногенного сырья и минимизации количества отходов, направляемых на объекты переработки и захоронения.
Также разработана простая и экономически эффективная технология селективного сбора вторсырья, базирующаяся на раздельном пофракционном сборе отходов в жилом и нежилом секторе города, и предложена технологическая схема малоотходной комплексной переработки ТБО на основе управления потоками отходов по критерию ресурсосбережения и экологической безопасности.
Кроме того, обоснована методология подхода к повышению эффективности управления ТБО: все элементы управляемой системы (сбор, удаление, сортировка, переработка, захоронение) рассматриваются во взаимосвязи, все задачи управления решаются на основе системного подхода (при этом на различных ступенях иерархии использованы разные критерии оптимальности - степень утилизации ТБО, экономические критерии, технологические критерии).
Литература
1. Шубов Л.Я., Борисова О.Н. Инновационный пилотный проект комплексного управления коммунальными отходами // Мат. Межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых ученых по экологическим проблемам. Сергиев Посад. 2008. С. 28.
2. Шубов Л.Я., Доронкина И.Г., Борисова О.Н. Ситуация с отходами в Московском регионе: планы и реалии // Твердые бытовые отходы. Научно-практический журнал. 2010. № 1. С. 16 - 21.
3. Шубов Л.Я., Доронкина И.Г., Борисова О.Н. Анализ ситуации в сфере обращения с ТБО в Московском регионе (планы и реалии) // Твердые бытовые отходы. Научно-практический журнал. 2010. № 2. С. 27 - 35.
4. Шубов Л.Я., Доронкина И.Г., Борисова О.Н. Оптимизация процессов управления твердыми бытовыми отходами как единая технологическая и экономическая система // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса. 2010. №4 (11). С. 24 - 32.
5. Шубов Л.Я., Борисова О.Н., Доронкина И.Г., Разработка технологических решений, повышающих эффективность сепарации твердых бытовых отходов (ТБО) по крупности. НИР ГБ-ФС-02-10 № гос. рег. 01201063193, 2010. С. 112.