Анализ методов сортировки твердых бытовых отходов
Опубликовано Редактор 12-04-2015 (813 прочтений)Обработка отходов основывается на изменении физико-химических характеристик отходов, подготовляемых для использования в качестве топлива. Например, измельчение отходов (с помощью дробилок, шредеров) может проводиться до получения требуемого размера частиц. Другим примером является отделение посторонних примесей путем механической обработки и измельчения. Выход топлива может варьироваться в зависимости от влажности и зольности [1].
В виду того, что морфологический состав ТБО напрямую зависит от местных условий, то для использования твердых бытовых отходов в качестве сырья с целью получения альтернативного топлива в цементной промышленности необходимо провести их классификацию, измельчение и сушку [2].
Несортированные бытовые отходы, как правило, не пригодны для сжигания, пока не будут обработаны - отсеяны, отсортированы и смешаны, чтобы увеличить их теплотворность.
Сортировка твердых бытовых отходов на отдельные фракции - немаловажный этап в комплексе мер, направленных на минимизацию образования ТБО.
Отсутствие предварительной сортировки отходов приводит к тому, что и размещение отходов на полигонах и мусоросжигание не отвечают современным санитарным требованиям и являются источником загрязнения окружающей среды [3]. Сортировка бытовых отходов позволяет решить сразу две важнейшие проблемы. Во-первых, выделить высокотоксичные материалы (свинцовые аккумуляторы, ртутьсодержащие лампы, химические источники тока, химикаты и др.). Они накапливаются в герметичных контейнерах и по мере накопления направляются специализированным организациям на обезвреживание или использование. Во-вторых, извлекаются материалы (бумага, пластмасса, стекло, черные и цветные металлы и т.п.), пригодные для повторного использования. Продажа этих материалов для вторичной переработки позволит частично или полностью покрыть затраты на предварительную сортировку отходов [4].
Существуют "позитивный" и "негативный" подходы к сортировке отходов:
а) "позитивный" подход предполагает извлечение из потока отходов ценных, полезных материалов с высокой теплотворной способностью и низким содержанием вредных веществ. Однако этот подход приводит к росту объема отходов, подлежащих захоронению на полигонах;
б) "негативный" подход - отделение только тех фракций, наличие которых не является желательным в конечной продукции. При использовании подобного подхода объем отходов, подлежащих захоронению на полигонах, может быть снижен, поскольку другие виды отходов, которые могут содержать повышенное количество вредных веществ, попадут в конечную продукцию [1].
В приведенной ниже таблице представлены средние значения физических параметров компонентов ТБО.
Таким образом, 60-80% морфологического состава ТБО представляют собой потенциальное сырье для использования в промышленности (3545%) или компостирования (25-35%). Однако сортировка предварительно смешанных и перевезенных в едином мусоровозе ТБО, позволяет извлечь из их состава не более 11-15% вторичных ресурсов. При этом оказывается практически невозможным использовать биоразлагаемые (органические) отходы [6].
Таблица 1 - Усредненные характеристики отдельных компонентов ТБО [5]
| Компонент |
Влажность, % |
Плотность, кг/м3 |
Удельная низшая теплота сгорания |
|
|---|---|---|---|---|
| кДж/кг |
ккал/кг |
|||
Пищевые отходы |
72 |
100 |
3430 |
820 |
Бумага |
25 |
140 |
9490 |
2270 |
Дерево |
5 20 |
170 180 |
14460 |
3460 |
Полиэтиленовая пленка |
8 |
75 |
23370 |
5830 |
ПЭТФ-бутылки |
8 |
27 |
||
ПВХ-бутылки |
8 |
54 |
||
Черные металлы |
1,9 |
78 |
- |
- |
Цветные металлы |
1,9 |
18 |
- |
- |
Стекло |
0,4 |
250 |
- |
- |
Текстиль |
20 |
85 |
15720 |
3760 |
Кожа |
5 |
65 |
25790 |
6170 |
Резина |
0,75 |
160 |
||
Инертные материалы |
3 |
870 |
- |
- |
Отсев - 20 мм |
20 |
- |
4600 |
1100 |
Отсюда вытекает второй подход в классификации отходов - по виду сортировки -ручная, автоматизированная и полностью автоматическая. Методы сортировки отходов и выделения из них вторичных ресурсов подразделяются по способу предварительной подготовке отходов (с измельчением и без него) и по характеру разделения (механическая, аэросепарация, гидравлическая и магнитная сепарация). Наибольшее распространение получила магнитная сепарация (выделение металлов) и аэросепарация (выделение легких фракций ТБО) [7].
При ручной сортировке распознавание материалов производится персоналом визуально, а отбор осуществляется вручную. Как правило, ручной сортировке подвергается материал класса грохочения +200 мм, иногда +300 мм. Производительность одной линии сортировки, в зависимости от состава обогащаемого сырья, колеблется от 3 т/час [8].Эффективность ручной сортировки во многом зависит от организации работы на стадии сбора и транспортировки отходов. При автоматизированной сортировке отдельные вспомогательные операции (подача материала на сортировочный конвейер, предварительный рассев по крупности, измельчение) механизированы, но распознавание осуществляется человеком.
Недостатками ручного и автоматизированного метода сортировки являются более высокие требования к технике безопасности и неполное извлечение различных фракций ТБО [9]. Следует заметить, что человек не в силах выделить из потока объект с геометрическими размерами менее 50 мм, что обеспечивает потерю большого процента по массе конечного продукта, как в случае получения топлива, так и при выделении вторичного сырья [10]. Методом ручной сортировки можно выделить около 20% каждого из компонентов входящего потока. Получение альтернативного топлива из высококалорийной фракции отходов (RDF) с помощью данной технологии возможно только теоретически. Кроме того, при большом объеме ТБО потребуются значительные людские ресурсы, что повлечет за собой снижение экономической эффективности метода, что неприемлемо.
Автоматическая сортировка - современный этап в области обращения с ТБО. На линиях полностью автоматической сортировки материалов весь процесс сортировки отходов (идентификация отбираемых материалов и их выделение из общего потока) происходит без участия персонала. Как правило, в основе технологий автоматической сортировки лежит использование сенсоров оптического определения материалов путем облучения потока отходов излучением с определенной длиной волны и последующего спектрального анализа отраженного от поверхности материала излучения[11]. Методы оптической сортировки в зависимости от диапазонов используемых электромагнитных излучений подразделяются на рентгенофлуресцентный анализ и рентгеновскую трансмиссию с длиной волны 10-12- 10-9 м, лазерно-искровую эмиссионную спектроскопию (длина волны 10-9 - 4*10-7м), спектроскопию в видимой области (длина волны 4*10-7- 8*10-7м), ближнюю инфракрасную спектроскопию (БИК спектроскопия), длина волны которой составляет 8*10-7 - 3*10-5м, терагерцевую спектроскопию (длина волны 3*10-5 - 3*10-3м) [12].
В европейских странах получил распространение оптико-пневматический метод. Оптическая сортировка определяет материал на основе спектральных свойств света, отраженного от него. Система идентифицирует и разделяет упаковку по таким оптическим критериям, как форма, цвет и свойства материала. Обычно используется для выделения различных видов пластмасс, стекла, металла и представляет собой весьма дорогостоящий метод сортировки. Оборудование способно выделить до 93 % каждого компонента в потоке ТБО и эффективно как при «положительной», так и при «отрицательной» сортировке [10].
Использование оборудования для автоматической сортировки материалов с системой оптического распознавания позволяет увеличить не только скорость сортировки материалов по сравнению с ручным трудом, но так же и качество самого отбора. Автоматическая сортировочная установка стоит до 40 евро за тонну, но окупается почти на 100 % за счёт высокой выработки сырья и прибыли от неё.
Лидером на мировом рынке по производству сортировочных установок на основе сенсорной технологии является компания TOMRA Sorting Solutions, основанная в 1972 году в Норвегии. С 2004 года компания TITECH является частью TOMRA группы. Технологии компании применяются для переработки отходов, в горнодобывающей и пищевой промышленности под торговыми марками TITECH, Commodas Ultrasort и QVision.
В России использование данного способа, несмотря на высокий уровень извлечения фракций, является нерациональным по многим причинам. Во-первых, содержание в исходных ТБО пищевых и растительных отходов в среднем составляет 35% (а не 7%, как в США), которые загрязняют сырье и делают его малопригодным для вторичного использования и влечет снижение закупочной стоимости выделенных компонентов с учетом их качества. Направлять на сжигание этот класс нецелесообразно так как он обладает пониженной теплотворной способностью и существует повышенный выход недожога. Поэтому представляется возможным отправлять биологическую фракцию ТБО на компостирование. Во-вторых, в России отсутствует технология сортировки входящего потока смешанных ТБО по сравнению с Европой, в которой преобладает раздельный сбор отходов. В-третьих, эксплуатация дорогостоящего оборудования при постоянно изменяющемся составе ТБО является нерентабельной, а порой и бесполезной (в случае отсутствия в базе данных спектральных характеристик новых материалов).
В таблице 2 приведена сравнительная характеристика ручного и автоматического метода сортировки.
Таблица 2 - Преимущества и недостатки ручного и автоматического метода сортировки
| Вид сортировки |
Преимущества |
Недостатки |
|---|---|---|
Ручная |
|
|
Автоматическая |
|
|
С целью обнаружения и идентификации каждого компонента в потоке ТБО и вида вторичного сырья используют разные методы и виды сортировок. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при анализе материалов и выбрать наиболее оптимальный для конкретного состава отходов данной климатической зоны. Учитывая гетерогенность ТБО, рекомендуется использовать комбинацию методов, что позволит достигнуть качественного отбора материалов.
При решении в российских условиях задачи преимущественно энергетического использования ТБО, технологическая схема сортировки должна учитывать особенности морфологического состава ТБО, имеющего климатические и сезонные различия.
И. В. Ламзина - аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Волгоградский государственный технический университет, lamzina_irina@inbox.ru,
В. Ф. Желтобрюхов - профессор той же кафедры,
И. Г. Шайхиев - д.т.н., заведующий кафедрой инженерной экологии КНИТУ.
Литература
- ГОСТ Р 55097-2012 Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Обработка отходов в целях получения вторичных энергетических ресурсов, 2013
- Ламзина, И. В., Голдов А.В., Князев Я.И., Полозова И.А., Желтобрюхов В.Ф., Инженерный вестник Дона, 2, (2014)
- Т.П. Гафиятова, О.И. Лебедева, Вестник Казанского технологического университета, 2, 18, 437-440 (2015)
- С. Г. Шеина, Л. Л. Бабенко, С. С. Неделько, Н. Б. Кобалия, Науковедение, 4, 13, 1-16 (2012)
- Характеристика отходов (ТБО) как объекта переработки [Электронный ресурс]. - [2014].
- Пармухина, Е. Л., Экологический вестник России, 10, 26-27 (2011)
- С.Г. Мухачев, В.Н. Мельников, А.Р. Садыков, Б.Н. Иванов, Л.И. Корнилова Вестник Казанского технологического университета, 2, 1, 423-429, (2003)
- Ручная сортировка мусора и отходов (ТБО) [Электронный ресурс]. - [2014].
- Петров, В. Г. Линии сортировки мусора. Перспективы применения, Института прикладной механики УрО РАН, Ижевск, 2005, 112 с.
- Вюнш, К., Я. И. Вайсман, В. Н. Коротаев, Д. Л. Борисов Вестник ПНИПУ. Урбанистика, 5, 28-36, (2013)
- Слюсарь, Н. Н, Д. Л. Борисов, В. Н. Григорьев, Вестник ПНИПУ. Урбанистика, 12, 75-82 (2011)
- Галкина, О. А., Г. В. Ильиных, К. Вюнш, Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика, 13, 127139(2014)
