В данной статье представлена существующая проблема с переработкой и утилизацией твердых коммунальных отходов. Предложено решение сложившейся проблемы за счёт использования мобильной энергетической установки. Приведено описание установки и представлены технические характеристики
твердые бытовые и твердые коммунальные отходы, переработка и сортировка отходов, сжигание отходов, не санкционированные свалки
Главная экологическая проблема, с которыми сталкиваются быстроразвивающиеся страны это переработка и утилизация твердых коммунальных отходов. К сожалению, наша страна не исключение.
На сегодняшний день в нашей стране накоплено порядка 100 млрд. т. отходов производства и потребления, а ежегодное образование твердых коммунальных отходов колеблется на отметке 70 млн. т. Большое количество накопленных отходов говорит о запущенности данной проблемы.
Переработка и утилизация отходов, в значительной степени, оказывает влияние на экологическую обстановку. Количество перерабатываемых и утилизируемых отходов в России составляет от 10 до 15% в год, что является весьма низким показателем. В Швеции перерабатывается до 99% отходов, в Австрии до 63%. В Финляндии переработкдостигает 41% , а утилизация отходов достигает 48% и только 2% ТКО не поддается переработке и отправляется на полигон. На низкий показатель переработки и утилизации ТКО влияет низкое количество специализированных мощностей. По состоянию на 2022 год насчитывается около 310 комплексов по переработке и утилизации ТКО. Вследствие чего до 83% отходов отправляется на полигоны для хранения. Имея в наличии достаточно большое свободное территориальное пространство, решение об увеличении мощностей по переработке и утилизации отходов откладывалось на долгие годы, что способствовало созданию огромного количества полигонов, которые на сегодняшний день переполнены [1-8].
Представленные данные наглядно демонстрируют важность и актуальность проблемы отходов производства и потребления. В России разработан национальный проект “Экология”, в котором прописаны все действия по переработке и утилизации отходов, а также сконцентрировано внимание на проблеме несанкционированных свалок. По предварительным подсчетам, только учтенных, несанкционированных свалок в нашей стране на 2018 год составило более 55 тыс. Вдобавок в нашей стране с 1 января 2019 года действует мусорная реформа, которая должна взять под контроль все отходы производства и потребления, от места образования отходов до конечной переработки.[9-15]
В сложившейся ситуации предлагается использование мобильной энергетической установки для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов. Основной вид мобильной энергетической установки представлен на рисунке 1.
|
12, 13 |
Рисунок 1. Общий вид мобильной установки. Обозначения: 1 - металлический контейнер, 2 - разрыватель пакетов, 3 - роторный валковый сепаратор, 4 - смежная шахта, 5 - оптикомеханическая сортировка, 6 - ленточный транспортер, 7 - металлоуловитель, 8 - стеклоуловитель, 9 - шредер, 10 - котельный агрегат, 11 - шнековый питатель, 12 - дизель генератор, 13 - щит управления
Мобильная энергетическая установка для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов позволяет:
1) Ликвидировать свалки и иные места скопления отходов в полном объеме;
2) Извлекать полезные компоненты вторичных фракций, за счет сортировочного комплекса;
3) Осуществлять отбор органоминеральной части, включая опасные компоненты.
4) Производить тепловую энергию для потребителя;
5) Производить электрическую энергию в соответствующей модификации.
Мобильная энергетическая установка для переработки и утилизации твердых коммунальных отходов размещается на автопоезде. Наличие возможности передвижения, способствует не привязываться к отдельно взятому району и позволяет перемещать комплекс к месту ликвидации отходов. Важным критерием компоновки узлов установки является обязательный учет максимальных габаритов транспортного средства. Максимальные габариты установки совместно с транспортным средством не должны превышать: ширину 3м, высоту 4м, длину 20м. Обеспечению эффективной работы установки способствует наличие следующих узлов:
1. Узел сортировки и подготовки твердых коммунальных отходов.
2. Узел утилизации твердых коммунальных отходов.
3. Узел производства тепловой и электрической энергии.
4. Узел передачи тепловой и электрической энергии потребителю.
Технологическая схема работы мобильной установки ориентированной на производство тепловой энергии представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Технологическая схема работы мобильной энергетической установки. Обозначения: 1 - Металлический контейнер; 2 - Разрыватель пакетов; 3 - Роторный валковый сепаратор; 4 - смежная шахта 5- Оптико-механическая сортировка; 6 - Основной ленточный транспортер мобильной установки; 7 - Металлоуловитель; 8 - Стеклоуловитель; 9 - Узел дробления; 10 - Водогрейный котельный агрегат; 11 - Шнековый питатель; 12 - Соединительная муфта; 13 - Отверстие для удаления зольного остатка; 14 - Крышка; 15 - Крючок; 16 - Мешок сборник; 17 - Узел очистки дымовых газов; 18 - Дымовая труба; 19 - Дымоходная труба; 20 - Дизель-генератор; 21 - Щит управления.
Использование сортировочного комплекса в мобильной энергетической установке позволяет перерабатывать отходы без предварительной сортировки. Сортировка отходов - обязательный процесс, без которого не возможна работа главного узла мобильной установки – узла утилизации. Основная задача сортировочного узла заключается в извлечении полезных вторичных фракций из всего потока твердых коммунальных отходов. Не менее важной задачей сортировочного узла мобильной энергетической установки считается защита узла утилизации от попадания внутрь опасных фракций и негорючих материалов, таких как метал и стекло, путем удаления описанных фракций из общего потока твердых коммунальных отходов.
В качестве топлива используется бумага, картон, упаковки из картона, текстиль, кожа, древесина и древесные изделия (мебель). Утилизации ТКО осуществляется за счет котельного агрегата, слоевого типа, с колосниковой решеткой. Котельный агрегат мобильной установки является сердцем установки. Использование специального котельного агрегата, в котором организован процесс горения твердых бытовых отходов, позволяет полностью сжигать отходы неоднородного состава и отходы, утратившие свою жизнеспособность, обеспечивая выбросы в атмосферу с ПДК. Для очистки дымовых газов и поддержания вредных выбросов в допустимых значениях, предусмотрен циклон и скруббер. Необходимо отметить, что в установке данного типа сжигаются отходы 4- 5 класса опасности. В мобильной установке существует возможность перерабатывать и утилизировать некоторые виды отходов 3 класса опасности, в частности, строительный мусор. Основные технические характеристики представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные технические характеристики установки
|
№ п/п |
Наименование |
Значение |
|
1 |
Производительность (Мощность) установки |
3МВт |
|
2 |
Расход топлива на котел |
600кг/ч |
|
3 |
Теплота сгорания топлива |
17 МДж/кг |
|
4 |
Мощность турбины |
300кВт∙ч |
|
5 |
Расход пара на турбину |
3-5кг/с |
|
6 |
Количество перерабатываемых отходов |
10 т/ч |
|
7 |
Температурный график |
150/70 |
|
8 |
Расход воды через котел |
10,6т/ч |
|
9 |
Температура уходящих газов |
200°C |
|
10 |
Габариты установки |
20-3-4м |
|
11 |
Расход электроэнергии на собственные нужды |
100кВт |
|
12 |
КПД котла Брутто |
88,47% |
Подвод питательной воды в котельный агрегат и обратно в тепловую сеть осуществляется из тепловой муниципальной сети. Подключение к сети осуществляется через ИТП, ЦТП, котельные, при помощи системы гибкой связи. В качестве системы гибкой связи используется гофротруба, через которую осуществляется получение и передача теплоносителя в сеть. В этом случае присутствие длинных сетей получения и передачи воды не желательно, обуславливается это необходимостью установки дополнительного насосного оборудования. Оптимальная протяженность системы гибкой связи не должна превышать 100 м. Движение воды в котельном агрегате совершается по принципу противотока для достижения наивысшего потенциала на выходе из котельного агрегата. В начале сетевая вода подается в конвективный пучёк, где нагревается до 98°C и поступает в фестон. В фестоне вода нагревается до 102°C и поступает в топку котельного агрегата. В топке котельного агрегата сетевая вода нагревается до 150°C. Полученный теплоноситель заданных параметров направляется потребителю [16-25].
При реализации компоновки для производства электрической энергии, мобильная энергетическая установка попадает под «зелёный тариф». Зеленым тарифом называется система покупки государством электроэнергии, полученной на основе возобновляемых источников энергии, а так же при сжигании отходов на 40 % выше себестоимости произведенной энергии. Используя зеленый тариф, мобильная энергетическая установка будет экономически привлекательна в большей степени, ввиду большого спроса на переработку отходов.
Предлагаемая мобильная энергетическая установка в качестве современного способа переработки и утилизации твердых коммунальных отходов, расположенных на несанкционированных свалках, полигонах и иных местах – является одной из наиболее правильных путей решения описываемой проблемы. В Российской Федерации катастрофически не хватает подобных технологических решений, охватывающих не только переработку и утилизацию отходов, но и затрагивающих ключевую проблему - борьбу с несанкционированными свалками [26-29]. Использование мобильной энергетической установки позволит незамедлительно приступить к работе.
1. Иватанова Н.П., Стоянова И.А. К вопросу о становлении в России отрасли по переработке, утилизации и обезврежению отходов. Известия Тульского государственного университета // Науки о Земле. 2018. № 3. С. 292-302.
2. Шилкина С.В. Мировые тенденции управления отходами и анализ ситуации в России // Интернет-журнал «Отходы и ресурсы», 2020 №1[Электронный ресурс]. URL: https://resources.today/issue-1-2020.html (16.05.20).
3. Мочалова Л.А., Гриненко Д.А., Юрак В.В. Система обращения с твердыми коммунальными отходами: зарубежный и отечественный опыт // Известия УГГУ. 2017. Вып. 3(47). С. 97-101.
4. Лихачева О.И. Методологические аспекты управления сферой обращения с твердыми бытовыми отходами / О.И. Лихачева, П.М. Советов // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. - 2017. - Т.10. - №4. - С. 111-127.
5. Латыпова М.В. Анализ развития системы обращения с твердыми коммунальными отходами в России: проблемы и перспективы с учетом европейского опыта // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. - 2018. - Т. 14, № 4. - С. 741-758.
6. Холявко Т.И. Утилизация твердых бытовых отходов в Санкт-Петербурге, Стокгольме, Токио и Хельсинки// Стратегия устойчивого развития регионов России .2014.№.19.С.89-93
7. Соколов Л.И., Фламме Сабине, Кубардина С.М. Сбор и переработка твердых коммунальных отходов // Монография, 2019
8. Плотникова Л.А. Переработки твёрдых бытовых отходов с получением вторичного сырья и электроэнергии // Синергия Наук. 2017. № 12. С. 845-851.
9. Jan Wajs, Roksana Bochniak, Aleksandra Golabek. Proposal of a Mobile Medical Waste Incinerator with Application of Automatic Waste Feeder and Heat Recovery System as a Novelty in Poland. Department of Energy and Industrial Apparatus, Gdansk University of Technology, Narutowicza 11/12, 80-233 Gdansk, Poland. Sustainability 2019, 11(18), 4980;[https://doi.org/10.3390/su11184980]Received: 7 August 2019 / Revised: 2 September 2019 / Accepted: 4 September 2019 / Published: 12 September 2019.
10. Yoon, Hag Sang. Mobile animal in-cinerator for burning contaminated animal without transfer to another place. Patent Republic of Korea, KR101156579*, 08.06.2012
11. Nakagawa, Kunio. The vehicle moving type general refuse incinerator. Japanese Patent JP2003222315, 13.04.2006
12. Комплекс мобильных установок по термическому обезвреживанию шламов нефтехимических производств [Электронный ресурс]URL: http://gosniiokht.ru/content/activity/8.3.html (17.11.20)
13. Мобильный цех переработки ртутьсодержащих отходов [Электронный ресурс]URL: https://fid-dubna.com/equipment/mobilniy-tzeh-pererabotki-othodov/ (17.11.20)
14. Пат. № 2020134563, Российская Федерация, F23G 5/00. Мобильная установка для утилизации твердых коммунальных отходов / Зеленский Сергей Иванович, Сколяров Ян Николаевич, Дудинский Алексей Иванович. Заявитель и патентообладатель Зеленский Сергей Иванович, Сколяров Ян Николаевич, Дудинский Алексей Иванович. Заявл. 01.12.20;
15. Шаповалов Ю.Н., Саликов П.Ю., Ивакин О.Н. Мобильная установка для утилизации отходов древесины // Твердые бытовые отходы. 2013. № 7 (85). С. 30-33.
16. Пат. № 2331020, Российская Федерация, F23G 5/00, B09B 3/00. Способ термического обезвреживания и утилизации органических отходов и мобильная установка для его осуществления / Ривкин Александр Григорьевич, Алексеев Кир Борисович, Соколов Олег Иванович, Быков Александр Николаевич, Гладышев Павел Вячеславович. Заявитель и патентообладатель Ривкин Александр Григорьевич, Алексеев Кир Борисович. Заявл. 24.11.06; опубл. 10.08.08. Бюл. № 22.
17. Пат. № 2633833, Российская Федерация, F23G 5/40, F23D 11/00, B05B 1/14. Мобильная установка для сжигания органических отходов на полигонах по приему твердых бытовых отходов / Кочетов Олег Савельевич. Заявитель и патентообладатель Кочетов Олег Савельевич. Заявл. 17.10.16; опубл. 18.10.17. Бюл. № 29.
18. Czop, Monika; Poranek, Nikolina; Czajkowski, Adrian; Wagstyl, Łukasz. 2019. "Fuels from Waste as Renewable Energy in Distributed Generation on the Example of the ORC System." Recycling 4, no. 3: 26.
19. Ordóñez, Isabel; Rexfelt, Oskar; Hagy, Shea; Unkrig, Luisa. 2019. "Designing Away Waste: A Comparative Analysis of Urban Reuse and Remanufacture Inititi-ves." Recycling 4, no. 2: 15.
20. Massimiliano Mazzanti, Roberto Zobolib Waste generation, waste disposal and policy effectiveness: Evidence on decoupling from the European Union.Resources, Conservation and RecyclingVolume 52, Issue 10, August 2008, Pages 1221-1234.
21. Olukanni, David O.; Pius-Imue, Fa-vour B.; Joseph, Sunday O. 2020. "Public Perception of Solid Waste Management Practices in Nigeria: Ogun State Experience." Recycling 5, no. 2: 8.
22. Abila, Beatrice; Kantola, Jussi. 2019. "The Perceived Role of Financial Incentives in Promoting Waste Recycling-Empirical Evidence from Finland." Recycling 4, no. 1: 4.
23. Зеленский С.И. Обоснование и разработка передвижной мобильной уста-новки для утилизации твердых бытовых отходов // Энергетика и автоматизация в современном обществе: материалы II Всероссийской научно - практической конференции. (г. Санкт - Петербург, 6 ноября 2018 г.). Санкт - Петербург, 2018. Вып.2. С. 318 - 321.
24. Аракелова Г.А. Исследование проблем, влияющих на темпы реализации «мусорной реформы» в Российской Федерации // Интернет-журнал «Отходы и ресурсы», 2019 №1.
25. Mueller, W.The effectiveness of recycling policy options: Waste diversion or just diversions? Waste Manag. 2013, 33, 508-518.
26. Левин Е.А. Комплексная перера-ботка твердых бытовых отходов - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2019. - 512 c.
27. Troschinetz, A.M.; Mihelcic, J.R. Sustainable recycling of municipal solid waste in developing countries. WasteManag. 2009, 29, 915-923.
28. Турсунгалиев И.К., Садовая А.К. Российский и зарубежный опыт по переработке твердых бытовых отходов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. Т. 1. № 12. С. 944-945.
