Анализ критериев оптимизации сепарационных процессов (их предло-жено около 100) показывает, что универсального критерия не существует.
Технологические критерии сепарации в большинстве случаев представляют собой комбинацию основных параметров обогащения: α (содержание в исходном), γ (выход продукта), β и θ (содержание соответственно в продукте сортировке и в хвостах).
Технологические критерии позволяют сравнивать технологию процесса без учета производительности и экономических характеристик.
Сепарация ТБО, по сравнению с обогащением первичного сырья – относительно простая система, поэтому технологические и экономические зависимости можно представить в одной математической модели.
Исходя из этого, выбор технологического критерия сепарации во многом определяется экономическими соображениями, т.е. сопоставлением ценности извлекаемого компонента с себестоимостью процесса сортировки.
В качестве обобщенного технологического критерия сепарации ТБО как многокомпонентной смеси удобно использовать формулу
где п – число компонентов.
Эту формулу можно использовать на основе критерия Фоменко:
где γi – выход i-го ценного компонента при сортировке.
Критерий Фоменко оценивает эффективность сепарации с точки зрения полноты извлечения ценных компонентов в соответствующие продукты и не приемлем, если снижение извлечения окупается повышением качества конечного продукта (концентрата).
Сепарация ТБО является тем видом обогащения, при котором снижение извлечения не может окупиться повышением качества концентрата как конечного продукта сортировки (в процессе ручной сортировки ТБО степень загрязненности концентрата примесями других компонентов практически значения не имеет). Качество получаемых продуктов определяется в основном качеством исходного техногенного сырья. Поэтому критерий Фоменко применительно к сепарации ТБО работает. Однако, он имеет два недостатка:
· формула не характеризует эффективность с точки зрения конечной цели процесса;
· не учитывает относительную ценность извлекаемых компонентов (все компоненты сепарируемой смеси в формуле равноправны независимо от их относительной ценности).
Если в формулу ввести коэффициенты ценности αi, учитывающие стоимость каждого компонента, можно получить обобщенную функцию ценности работы сепарации (по выделению данного компонента):
Практически эту простую формулу можно использовать для оптимизации режима сепарации ТБО. Интегральное выражение эффективности процесса сортировки в стоимостном выражении включает в себя количество полученных продуктов сепарации, извлечение (степень использования сырья), производи-тельность (степень использования оборудования), эксплуатационные затраты.
где Pi – масса концентрата i-го компонента;
Q – масса переработанных ТБО;
ai – коэффициент ценности i-го компонента;
αi – содержание i-го ценного компонента в исходном материале;
m – число извлекаемых компонентов.
Цель оптимизации процесса – получение максимальной прибыли П:
где Цk – цена k-го продукта;
γk – количество продукта, полученного из 1 т ТБО;
З – затраты.
Эту формулу можно записать в виде:
где υk – содержание k-го компонента в хвостах;
γθ – выход хвостов.
Себестоимость продукции в значительной степени зависит не только от эксплуатационных затрат, но во многом от расхода ТБО на 1 т конечного продукта (концентрата), т.е. от извлечения и содержания ценного компонента в исходном.
Расчеты показывают, что максимальную прибыль обеспечивает сортировка ТБО нежилого сектора города: из 1 т ТБО можно извлечь 270 кг макулатуры, 48 кг стекла, 47 кг пластмассы, 10 кг дерева, 9 кг черных и 8 кг цветных металлов, 8 кг текстиля. Суммарный выход полезной продукции 40 %. Максимальную прибыль в денежном выражении обеспечивает реализация макулатуры, полимеров и цветных металлов (алюминия) – около 85 % всех доходов от реализации вторсырья; попутное извлечение других компонентов увеличивает прибыль.
Для реализации масштабной программы ресурсосбережения необходимо не только вовлечь в сортировку отходы нежилого сектора города, но и организовать, в соответствии с тенденциями мировой практики, сбор вторсырья у населения (за счет создания приемных пунктов – мобильных и стационарных и главное – за счет организации контейнерного сбора ценных компонентов). Предпочтительно в украинских условиях создание системы так называемого коллективно-селективного сбора вторсырья у населения: в один контейнер («для вторсырья») собираются все ценные компоненты ТБО – макулатура, пластмасса, металлы, стекло. Это существенно облегчает как организацию сбора вторсырья у населения, так и управление потоками вторсырья (централизованный своевременный вывоз и доставка на те же сортировочные комплексы, что и отходы нежилого сектора города – на досортировку, подготовку к дальнейшей переработке, складирование, хранение, централизо-ванный сбыт). На первом этапе реализации программы выход вторсырья от населения можно планировать на относительно невысоком уровне – 5-7 %.
Следовательно, комплекс по сортировке и компактированию ТБО (хвосты сортировки подвергаются уплотнению в стационарном уплотняющем устройстве – компакторе) должен стать центром, объединяющим всю систему выделения из отходов ресурсов, пригодных для вторичного использования. При таком подходе можно существенно снизить объемы полигонного захоронения ТБО и затраты на их транспортировку и захоронение. Срок окупаемости строительства сортировочного комплекса – не более трех лет. Подобный комплекс, работа которого базируется на управлении потоками ТБО, построен в Москве (компания «Спецкоммунтехника») (рис. 2).
Рисунок 2 – Технологическая линия предприятия «Спецкоммунтехника» механизированной сортировки муниципальных отходов
Таким образом, первый этап решения проблемы ТБО – реализация масштабной программы ресурсосбережения. Он базируется на создании самоокупаемых участков производства, на управлении потоками отходов и вторсырья по критерию ресурсосбережения и не требует привлечения бюджетных средств (возможно предоставление инвестиционных ресурсов на возвратной основе). Реализация 1-го этапа обеспечивает снижение количества захораниваемых отходов на 35-40 % (в перспективе – 50 %).
После выделения из ТБО ресурсов, пригодных для вторичного материального использования (на основе вовлечения в сортировку отходов нежилого сектора города и организации селективного контейнерного сбора вторсырья у населения) остается не менее 50 % ТБО (по массе), которые необходимо вовлечь в промышленную переработку с применением термических технологий и энергетической утилизацией сырья.