Глава 2. Технико-экономическая характеристика технологий и оборудования по обработке (сортировке), утилизации, обезвреживанию и размещению ТКО

Глава 2. Технико-экономическая характеристика технологий и оборудования по обработке (сортировке), утилизации, обезвреживанию и размещению ТКО

§ 1. Технико-экономические характеристики объектов мусоросортировки

Сортировка отходов позволяет выделить вторичные материальные ресурсы для переработки, сокращает затраты на вывоз отходов на место их захоронения, а также продлевает срок эксплуатации полигона.

Состав типового мусоросортировочного комплекса и описание технологических процессов:

1. Конвейер цепной подающий из приямка на платформу. Необходим для подачи ТКО на сортировочную линию. На промышленную бетонную площадку под навесом твердые коммунальные отходы доставляются мусоровозами. Поступающие отходы разгружают на бетонные полы площадки приема мусора (ТКО). Крупногабаритные предметы выбираются из ТКО и перевозятся или переносятся на площадку работы с КГМ. Остальные ТКО экскаватором или погрузчиком сдвигаются в приямок подающего конвейера. Цепной подающий конвейер необходим для подъема отходов на сортировочную площадку.

2. Конвейер ленточный сортировочный. Конвейер предназначен для работы операторов по сортировке ТКО. Оператор при выделении полезной фракции сбрасывает ее в бункер вниз. Вдоль сортировочного конвейера расположены посты (рабочие места) с люками. С каждой стороны конвейера располагается установленное количество постов. Количество человек, обслуживающих линию сортировки, также зависит от количества постов. Часть выделенных компонентов (макулатура, ПЭТФ, пластмасса высокого и низкого давления и т. д.) через люки поступает в накопительные отделения, и попадают в передвижные контейнеры или на бетонное основание. Мусоросортировочный комплекс может комплектоваться сортировочной кабиной для более комфортной работы персонала комплекса. Сортировочный ленточный конвейер установлен на платформе для сортировки и предназначен для транспортировки ТКО и для ручной разборки. В сортировочной кабине с двух сторон сортировочного ленточного конвейера организованы посты ручного отбора вторичного сырья. Из ТКО последовательно отбираются бумага, картон, текстиль, пленка, пластиковые бутылки, цветной металлолом, стекло и др. Стекло и цветной металлолом сбрасываются через люки в стоящие на полу контейнеры. Бумага, картон, текстиль, пленка и пластиковые бутылки сбрасываются через люки в бункеры или на бетонное основание и по мере наполнения перемещаются к цепному, подающему в пресс, конвейеру. Возможен вариант автоматизированной подачи полезной фракции.

3. Конвейер цепной подающий отсортированные ТКО в пресс. Отсортированные полезные фракции из-под сортировочной платформы при помощи ковшового трактора ссыпаются в приямок подающего конвейера. Последний, в свою очередь, осуществляет подачу материла# в загрузочное окно пресса для прессования вторсырья.

4. Конвейер ленточный для удаления "хвостов" реверсивный. Оставшиеся после выбора ценных компонентов отходы (хвосты сортировки) способом перегрузки поступают на реверсивный конвейер, а затем в открытые контейнеры, либо в пресс компакторы, расположенные под конвейерной лентой с правой и с левой сторон конвейера, либо в специальный горизонтальный пресс. Использование горизонтальных прессов позволяет продлевать срок службы полигона. Подача материала производится в левую или в правую сторону, что обеспечивает безостановочную работу комплекса.

5. Сортировочная платформа. Конструкционный элемент, необходимый для большей эффективности в плане количественного и качественного сбора полезных фракций из потока ТКО.

6. Пресс для вторичного сырья. Пресс для вторичного сырья позволяет делать брикеты весом до 1 000 кг. Вторичное сырье: картон, пленка, бутылки ПЭТ, мешковина и т. д. брикетируются для последующей загрузки в автотранспорт и продажи. Пресс необходим для прессования вторичного сырья. Автоматический пресс применяется для сырья, образование которого происходит постоянно небольшими количествами, т. е. требуется накопления отходов для прессования его в тюк. Прессование является необходимым условием для возможности перевозки и продажи вторичных материальных ресурсов.

7. Пресс для отходов. Стационарные прессы предназначены для снижения объема вывозимых с сортировки "хвостов".

8. Сепаратор магнитный. Используется для автоматического отбора магнитных материалов стали. В том месте, где устанавливается магнитный сепаратор, секция конвейера обязательно выполняется из немагнитной стали.

9. Грохоты или вибрационные сепараторы. Используется для фильтрации мелких фракций ТКО: земля, пыль и т. д. Устанавливается перед сортировочным конвейером для повышения эффективности сортировки ТКО. Если прибывающий мусор или отходы содержат много грунта - например, привезенный со свалок, вибрационный сепаратор или грохот является необходимым для эффективной сортировки ТКО.

10. Система АСУ со шкафами управления.

Дополнительные элементы мусоросортировочного комплекса:

1. Перфоратор ПЭТ-тары. Используется для прокалывания ПЭТ-тары с целью подготовки ее к прессованию. Большинство ПЭТ-тары приходит закрытой, поэтому в ней остается воздух, и при прессовании эта тара будет занимать дополнительный объем, что уменьшит плотность спрессованной кипы и, соответственно, ее ценность, а также увеличит расходы на транспортирование.

2. Разрыватель пакетов. Устройство предназначено для открывания мусорных пакетов, в которых приходит до 2/3 коммунальных отходов, что позволяет произвести сортировку его содержимого.

3. Шредер. Используется для измельчения ТКО. Позволяет измельчить фракции ТКО, чтобы в дальнейшем спрессовать их в более плотные кипы. Размер измельченной фракции может устанавливаться в зависимости от потребностей. Часто устанавливается на участке работы с крупногабаритными отходами.

4. Вихретоковый сепаратор. Используется для автоматического отбора немагнитных металлов: медь, алюминий и т. д.

5. Оптические сепараторы. Используются в автоматических мусоросортировочных комплексах для увеличения процента отбора полезной фракции и уменьшения зависимости сортировочного комплекса от человеческого ресурса.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

5. Баллистические сепараторы. Используются для автоматического разделения 3D (легкая упаковка, бутылки, жестяные банки, консервные банки) от 2D (бумага, картон и пленка) фракции. При этом материалы мелких фракций, остатки органических продуктов и мелкие неподходящие материалы (камни, песок и т. д.) отсеиваются через отверстия продольных лопастей и собираются в нижней части.

6. Сепараторы легкой и тяжелой фракции. Используются для автоматического разделения легкой и тяжелой фракции в мусоросортировочных комплексах.

7. Упаковочные машины для ТКО. Используются для придания брикетированным "хвостам" эстетического вида. Также это позволяет использовать "хвосты" для перевозки или переработки в будущем.

8. Вертикальные прессы. Используются как альтернатива горизонтальным прессам на маленьких мусоросортировочных комплексах для брикетирования вторичного сырья.

9. Пресс-компакторы. Стационарные прессы предназначены для снижения объема вывозимых с сортировки "хвостов". Пресс-компактор спрессовывает материал в присоединяемый закрытый контейнер, который периодически необходимо менять при его заполнении.

§ 2. Технология захоронения твердых коммунальных отходов

Полигон - это комплекс природоохранных сооружений, предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения отходов, предотвращающих попадание вредных веществ в окружающую среду, загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствующих распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

Массив отходов полигона ограничен системами инженерных сооружений: верхним окончательным покрытием и противофильтрационным экраном для управления эмиссией полигона - сокращения неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Основными факторами риска причинения вреда окружающей среде полигонами ТКО являются:

1. Выброс свалочных газов в атмосферный воздух.

2. Выброс токсичных веществ в случаях возгорания отходов.

3. Загрязнение гидрогеологической среды токсичным фильтратом.

4. Загрязнение поверхностных вод объектов поверхностным стоком и разгрузкой загрязненного подземного стока.

5. Засорение и загрязнение легкими фракциями ТКО прилегающих территорий.

Свалочный газ образуется в ходе биохимических процессов разложения органических составляющих отходов в теле полигона. Возникающие газы и пары образуют влажную газовую смесь переменного состава. Основными составляющими этой смеси являются метан , диоксид углерода .

Из-за своих основных составляющих, а также наличия других опасных компонентов, эмиссия свалочного газа может оказывать вредное влияние на окружающую среду в виде:

1. Опасности взрыва, горения, задымления.

2. Помехи рекультивации полигона.

3. Распространения соответствующего запаха.

4. Выделения токсичных или опасных для здоровья составляющих.

5. Выбросов парниковых газов.

Исходя из этого, газы должны быть собраны и утилизированы.

Возникновение свалочного газа происходит в пяти фазах, сокращение образования - в четырех. Перечень фаз приведен в таблице 33.

Таблица 33. Фазы образования свалочного газа

Фаза	Название	Процесс
I	оксидирование (аэробная фаза)	образование свалочного газа
II	кислое брожение
III	нестабильное брожение метана
IV	стабильная метановая фаза
V	метаногенная долгосрочная фаза
VI	фаза поступления воздуха	уменьшение образования
VII	фаза оксидирования метана
VIII	фаза двуокиси углерода
IX	воздушная фаза

В связи с длительностью процесса биохимической деградации ТКО происходит местное наложение различных фаз. До строительства системы сбора и обработки свалочного газа необходимо провести тщательные и комплексные исследования, включающие полный анализ состава свалочного газа.

Отвод газа с полигона в первую очередь должен вестись за счет откачки из вертикальных скважин (колодцев), что дает возможность отвода газа с больших площадей различных участков полигона. В связи с проседанием и оседанием тела полигона вследствие уплотнения и массового уменьшения объема в ходе биологических процессов разложения, функциональная работа горизонтального дренажа подвергается большому риску, и такой дренаж следует использовать в исключительных случаях. Каждый вертикальный колодец с помощью задвижки регулируется отдельно и связан откачивающей трубой с собирающей траверсой регулирующей газовой станции. Газ из скважин поступает в собирающий газопровод, а из него в виде смешанного газа подается к факельному блоку или на блочную ТЭС.

Сборные коллекторы располагают согласно требованиям производственной безопасности в закрытых регулирующих газовых станциях (в первую очередь, защита от мороза в зимнее время). Откачка и утилизация свалочного газа происходит через станцию откачки с помощью интегрированного высокотемпературного факела.

В мировой практике используются различные технологии сбора и использования свалочных газов. В последнее время широкое распространение получили станции активной дегазации и использование гибких труб из пластика.

Несмотря на то, что извлечение свалочного газа связано с уменьшением объема размещенных отходов и экономией эксплуатационного ресурса полигонов ТКО, инвестиционная привлекательность применения технологий утилизации свалочных газов находится в прямой зависимости от обеспеченности традиционными ископаемыми источниками энергии.

Основными факторами, влияющими на загрязнение подземных водоносных горизонтов в результате размещения отходов на полигонах ТКО, являются:

1. Состав и свойства размещаемых отходов, в связи с чем при реализации территориальной схемы необходимо обеспечить реализацию раздельного накопления и сбора ТКО, особенно в части извлечения опасных отходов.

2. Свойства грунтов, подстилающих технологические карты для размещения ТКО и определяющие их способность выполнять функции физического и геохимического барьера.

3. Наличие подстилающего гидрозащитного экрана из синтетической геомембраны, системы сбора и очистки фильтрата.

Применительно к размещению ТКО наилучшими доступными технологиями, рекомендуемыми для применения в Ставропольском крае, следует считать технологии захоронения предварительно сортированных ТКО на полигонах, имеющих гидроизолирующий экран, систему сбора и очистки токсичного фильтрата, систему сбора и использования свалочных газов, участок компостирования, оборудование по размещению на полигоне с высокой степенью уплотнения катками-компакторами.

§ 3. Требования к мусороперегрузочным станциям

В некоторых ситуациях, учитывая существующие схемы расположения объектов обращения с ТКО, прямое транспортирование при помощи специализированного автотранспорта характеризуется относительно незначительной полезной нагрузкой и связано с высокими расходами на оплату труда обслуживающего персонала и горюче-смазочных материалов, что приводит к чрезвычайно высоким издержкам. В указанных случаях целесообразно создавать промежуточные станции перегрузки ТКО (мусороперегрузочные станции МПС, рисунок 4), где отходы уплотняются и перегружаются в крупнотоннажный транспорт.

"Рисунок 4. Схема мусороперегрузочной станции"

Различают два типа уплотнительных систем: стандартный пресс и пресс с камерой предварительной подпрессовки (рисунок 5).

Пресс с камерой предварительного прессования сначала уплотняет отходы в загрузочном окне и после этого, уже уплотненными, прессует их далее в накопительный контейнер. Такое оборудование особенно подходит для несортированного (в том числе крупногабаритного) мусора. Стандартный пресс, наоборот, осуществляет уплотнение непосредственно в контейнере.

"Рисунок 5. Принцип работы мусороперегрузочного пресса"

Преимуществами мусороперегрузочных станций являются:

1. Снижение затрат (время и топливо) на транспортирование отходов от потребителя до объектов обращения с отходами.

2. Снижение нагрузки на транспортную сеть и выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

3. Горизонтально расположенный поршень пресса в полиамидных направляющих, не требующих никакого технического обслуживания, для уплотнения крупногабаритных отходов.

После постройки МПС мусоровывозящая техника выгружает собранные ранее отходы не на полигон, а в перегрузочную станцию, состоящую из стационарного пресса и автоматически меняющихся контейнеров большой емкости. Подъезжающие машины выгружают ТКО в приемный бункер, под воронкой которого располагается загрузочное окно стационарного пресса. Усиленное прессование позволяет снизить объем мусора в 5-7 раз. После того как контейнер заполнен, он автоматически "отстегивается" от пресса и меняется на пустой. Контейнеры находятся на специальных роликах, что позволяет автоматически заменить полный контейнер на пустой. Полные контейнеры вывозятся для выгрузки на полигоны. Для увеличения экономического эффекта иногда одна машина везет сразу 2 контейнера (второй на прицепе).

Пропускная способность таких станций составляет порядка 1000 м ³/ч, при условии использования одного стационарного пресса.

§ 4. Технологии утилизации твердых коммунальных отходов

Отсортированные вторичные материальные ресурсы могут перерабатываться на площадках, создаваемых на базе планируемых к строительству объектов (межмуниципальных центров обращения с отходами).

Переработка пластмасс

Учитывая высокую долю пластика в ТКО и его высокую устойчивость к биодеградации, необходимо оборудовать мощности для переработки пластмасс.

Методы переработки пластмасс:

1. Формование из полимеров, находящихся в вязко-текучем состоянии - литье под давлением, экструзия, прессование, спекание и др.

2. Формование из полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, обычно с использованием листов или пленочных заготовок (вакуумформование, пневмоформование, горячая штамповка и др.).

3. Формование из полимеров, находящихся в твердом (кристаллическом или стеклообразном) состоянии, основанное на способности таких полимеров проявлять высокоэластичность (штамповка при комнатной температуре, прокатка и др.).

4. Формование с использованием растворов и дисперсий полимеров (получение пленок методом полива, формование изделий окунанием формы, ротационное формование пластизолей.

Предварительная подготовка отходов пластика к дальнейшему использованию осуществляется методами холодного и горячего гранулирования.

Биотермическая переработка ТКО (компостирование)

Компостирование отходов может осуществляться несколькими способами, которые отличаются уровнем механизации (площадки компостирования, биотермические барабаны, тоннели и т. п.), условиями и сроками проведения процесса (от нескольких недель до 2-х лет), качеством компоста (предварительная очистка от балластных компонентов или грохочение готового компоста).

Методы биотермической переработки:

1. Аэробное компостирование на площадках (с механическим перемешиванием или с использованием принудительной аэрацией).

Процесс осуществляется в штабелях на обвалованных асфальтобетонных или бетонных площадках с использованием средств механизации. Из предварительно обработанных ТКО формируются штабеля, в которых происходят процессы аэробного биотермического компостирования. Высота штабелей зависит от метода аэрации материала и при использовании принудительной аэрации может превышать 2,5 м. Ширина штабеля поверху не менее 2 м, длина - 10-50 м, угол заложения откосов равен 45°. Между штабелями оставляют проезды шириной 3-6 м.

В свою очередь, в категории "аэробное компостирование на площадках" по способу аэрации субстрата выделяются следующие подкатегории:

1.1. Компостные ряды (бурты), перемешиваемые механически (для обеспечения доступа кислорода).

Плюсами данного способа является то, что издержки минимальны по сравнению с другими технологиями (ориентировочная стоимость изготовления 1 тонны компоста составляет 1200-3000 рублей), в случае внепланового увеличения поступившего сырья, ряды могут быть увеличены.

Минусами - невозможность переработки большого количества пищевых отходов (богатых азотом), требуется большое количество материала, богатого углеродом (например, листва, ветки); могут образовываться анаэробные участки в рядах из-за сложности прохода кислорода, что ведет к проблемам с запахом от базы компостирования и выделению метана в атмосферу; проблемы с запахом от компостной базы, в случае нарушения технологии; атмосферные осадки приводят к вымыванию ценных веществ из материала, загрязняют компост и нарушают процесс разложения вещества.

1.2. Аэрируемые компостные ряды (бурты) (подача кислорода через трубы внутри ряда).

Плюс данного способа заключаются в том, что он позволяет перерабатывать большие объемы пищевых отходов, чем первый вид компостирования.

Минус - данный способ дороже, чем предыдущий тип компостирования. Ориентировочная стоимость изготовления 1 тонны компоста составляет 2000-4500 рублей.

1.3. Аэрируемые ряды (бурты) с синтетическим накрытием (для поддержания необходимого уровня влажности и стабилизации температуры).

Плюсами этого способа является отсутствие проблем с контролем запаха с компостной базы и сравнительно простой контроль за уровнем влажности.

Минус - данный способ дороже, чем первый и второй типы рядкового компостирования (ориентировочная стоимость изготовления 1 тонны компоста составляет 4000-5000 рублей).

2. Аэробное компостирование в закрытых реакторах.

Материал загружается постепенно в реактор, внутри которого осуществляется перемешивание материала и постоянная подача кислорода. При этом идет строгий контроль за уровнем влажности и кислорода. В случае необходимости материал увлажняется.

Применяется в условиях ограниченности земельных ресурсов. Аэрация (снабжение кислородом) осуществляется с помощью подачи горячего воздуха. Отсеки обычно имеют размеры 2 м в основании и 8 м в высоту.

Плюсами данного способа являются сравнительно быстрый процесс компостирования; не требует большой территории; возможность перерабатывать большее количество пищевых отходов, чем при рядковом компостировании; отсутствие проблем с контролем запаха; хорошая аэрация процесса (не допускается образование анаэробных участков).

Минус - данный способ дороже, чем рядковое компостирование (ориентировочная стоимость изготовления 1 тонны компоста составляет 6000-7000 рублей).

По окончании активной стадии любого из приведенных видов компостирования, начинается стадия вызревания, которая длится 3-6 недель. Далее материал просеивается для удаления посторонних элементов (пластик, стекло и т. д.).

Применяют две принципиальные схемы аэробного компостирования: с предварительным дроблением ТБО и без предварительного дробления. В первом случае для измельчения ТБО используют специальные дробилки, во втором - измельчение (менее эффективное) происходит за счет многократного перелопачивания компостируемого материала. Неизмельченные фракции отделяют на контрольном грохоте. Установки компостирования, оснащенные дробилками для предварительного измельчения ТБО, обеспечивают больший выход компоста и дают меньше отходов производства.

3. Анаэробное компостирование (в условиях отсутствия (или минимального присутствия) кислорода).

Получаемый продукт: сухой дигестат, жидкая фракция, биогаз (состоящий из метана на 60-70%), углекислого газа (30-40%) и других элементов в минимальном количестве. При отделении метана от других элементов, он может быть использован для генерации электроэнергии, тепла или продан как топливо для автомобилей.

Анаэробный дигестат (сухая часть вещества, прошедшего переработку) производится с помощью отжима субстанции. Жидкая фракция может быть использована для стабилизации влажности следующих циклов переработки или как жидкое удобрение. Сухой дигестат может быть использован далее для создания компоста (необходим этап любого аэробное компостирование).

Плюсами данного способа - производство биогаза из отходов; минимизация утечки метана в атмосферу; обезвреживание патогенных веществ; отсутствует необходимость в большой территории для размещения (для реактора достаточно 12-24 м2), без учета территории для пост-компостирования дигестата.

Минусами - данный способ дороже по сравнению с другими вариантами создания компоста (ориентировочная стоимость изготовления 1 тонны компоста составляет 7000-11000 рублей); отсутствует гибкая система в отношении изменения объема материала; требуется очень строгий контроль запаха.

При биотермической переработке (компостировании) ТКО достигаются следующие цели: значительное уменьшение объема ТКО; снижение класса опасности и стоимости захоронения; получаемый компост используется в благоустройстве, для рекультивации нарушенных земель и карт полигона ТКО; очищенный от примесей компост является органоминеральным удобрением.

Утилизация твердых коммунальных отходов с получением альтернативного топлива

Метод применяется для утилизации ТКО физическими методами с получением альтернативного топлива.

Данный метод основан на сочетании операций измельчения, сепарации с извлечением несгораемых фракций инертных материалов (стекло, бетон, камни, черные и цветные металлы и пр.). При необходимости применяется сушка топлива и внесение компонентов, повышающих калорийность топлива.

Основными фракциями, используемыми для производства альтернативного топлива из ТКО являются бумага, картон, пластик, полимерные материалы, кожа (кожзаменители), резина, синтетические ткани, текстиль, дерево, теплотворная способность которых варьируется от 13 ГДж/тн (древесина) до 46 ГДж/тн (пластик). Содержание органических веществ и повышение влажности компонентов снижает номинальную теплотворную способность готового альтернативного топлива.

Точные параметры готового альтернативного топлива зависят от времени года сбора, населенного пункта (существует разница в морфологическом составе ТКО между сельской местностью и городами), метода сбора (смешанный, раздельный), способа транспортировки ТКО до сортировочной линии, оборудования сортировочной линии и качества сортировки.

Процесс изготовления представляет собой чередующиеся между собой две стадии дробления и сепарации, сушку горячим воздухом, добавление искусственных компонентов (при необходимости), формование (при необходимости).

Конечным продуктом является твердое топливо RDF (от "Refuse Derived Fuel" - "твердое восстановленное топливо"), представляющее собой гранулы, брикеты, тюки, хлопья, пух и др., позволяющее снизить использование ископаемого топлива (угля, мазута, природного газа) на 20-60%. По тепловому показателю 1 м3 природного газа эквивалентен 1,7 кг RDF.

Основными показателями RDF топлива являются теплотворная способность, содержание зольных веществ, хлора, тяжелых металлов.

Использование топлива RDF возможно на ТЭЦ, металлургических заводах, цементных заводах и котельных установках.

Экологические преимущества: возможность извлечения вторичных ресурсов из ТКО; максимальная утилизация ТКО с получением твердого топлива; значительное уменьшение отходов, подлежащих захоронению.

При выборе технологии утилизации или обезвреживания ТКО необходимо использовать Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям "Утилизация и обезвреживание отходов (кроме обезвреживания термическим способом (сжигание отходов)" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (ИТС15-2016, Москва, Бюро НТД, 2016).