В мировой практике применяют десятки термических процессов. Выбор оптимального варианта базируется на их детальном анализе по эколого-экономическим и технологическим критериям и должен осуществляться на стадии разработки научнообоснованной концепции управления ТБО.
Укрупненная эколого-экономическая оценка промышленных технологий переработки ТБО, учитывающая удельные кап. вложения, общие удельные затраты и прибыль от реализации продукции из 1 т ТБО, показывает (рис. 3), что строительство заводов по технологии прямого сжигания, а также прямого компостирования ТБО экономически наименее целесообразно. В то же время все существующие в России (а также в СНГ) заводы используют исключи-тельно технологию прямого сжигания или прямого компостирования исходных ТБО. Из рис. 3 также следует, что ни одна из технологий (за исключением сортировки отходов нежилого сектора города) не обеспечивает рентабельности производства: как показывает мировая практика, основной доходной статьей производства являются платежи населения за прием заводом ТБО (40-60 долл./т ТБО). Расчеты также показывают, что применение технологии сортировки как самостоятельной операции, в отрыве от других технологий, имеет смысл только для обработки отходов нежилого сектора города.
В экономическом плане, как следует из рис. 3, для переработки неразделенных потоков ТБО наиболее предпочтительны комбинационные технические решения, в особенности комплексная переработка ТБО (комбинация процессов сортировки, термо- и биообработки).
Объединяющим процессом в схеме комплексной (обогатительно-термической и биотермической) переработки ТБО является сортировка (в том числе на основе селективного сбора), изменяющая качественный и количественный состав ТБО. При этом повышается не только доля рецикла ряда компонентов ТБО, но и во многом решаются вопросы удаления опасных бытовых отходов и балластных компонентов, оптимальной подготовки тех или иных фракций компонентов ТБО к дальнейшей переработке.
Предварительная сортировка улучшает и ускоряет процесс ферментации органических веществ ТБО, облегчает очистку продукта ферментации от примесей, снижает потребную производительность весьма дорогостоящего биотермического и термического оборудования, улучшает состав продукта ферментации, шлака и отходящих газов, улучшает процесс сжигания, упрощает газоочистку, т.е. технология комплексной переработки ТБО повышает экологичность и экономичность традиционной термической и биотермической обработки ТБО.
Рисунок 3 – Экономическая эффективность различных технологий переработки ТБО:
1 – сжигание; 2 – компостирование; 3 – сортировка + сжигание;
4 – сортировка + компостирование; 5 – комплексная переработка;
6 – сортировка + компактирование
Перераспределяя материальные потоки отходов, сортировка в 1,5-2 раза сокращает потребность в дорогостоящем термическом и биотермическом оборудовании. В то же время капитальные затраты на саму сортировку не превышают 10-15 % от затрат на термо- и биообработку.
Иными словами, рациональная сортировка ТБО, покомпонентная и пофракционная, оптимизирует сопряженные производства. В этом ее главное назначение; извлечение тех или иных продуктов для вторичного использования – это важная, но частная задача сортировки.
Стремление использовать для переработки всей массы ТБО какой-то один конкретный метод, какую-то монотехнологию (например, сжигания) приводит к неоправданному увеличению затрат и усиливает негативное влияние технологии на окружающую среду.
Применение термической переработки в схемах комплексного управления ТБО позволяет сократить массу захораниваемых отходов на 85-90 % (от исходного) и выйти на планируемый европейский уровень.
Оптимальная схема централизованного управления потоками городских отходов и вторсырья приведена на рис. 4.
Рисунок 4 – Принципиальная количественная схема организации потоков муниципальных отходов
Общие выводы.
1. Впервые для украинских условий предложено решение задачи оптимизации процесса управления ТБО как единой технологической и экономической системы на основе регулирования качества и количества входящих в систему потоков отходов и повышения эффективности функционирования каждого элемента системы.
2. Разработана технологическая модель совместного функционирования системы сбора и транспортировки ТБО и их сортировки; согласно критерию оптимальности требуется получить такое содержание ценных компонентов в исходном сырье на стадии сбора, чтобы обеспечить максимальный выход полезной продукции на стадии сортировки.
3. Для регионов украины предложено решение задачи оптимизации масштабной сортировки ТБО на основе раздельного пофракционного сбора отходов с использованием в качестве ограничивающих факторов содержания в отходах ценных компонентов и нежелательных примесей.
4. Обоснован выбор прибыли как экономического параметра оптимизации управления всей системой и выбор минимума затрат в качестве целевой функции в отдельных элементах системы управления ТБО (на стадии сбора, сортировки и удаления, при заданных ограничениях на технологические выходные параметры).
5. Практическое решение задачи оптимизации системы санитарной очистки города на стадии сбора и удаления ТБО сводится к реализации масштабной программы ресурсосбережения – первый (самоокупаемый) этап решения проблемы ТБО (вовлечение ТБО в сортировку на основе раздельного пофракционного сбора отходов в жилом и нежилом секторе города и коллективно-селективного сбора ценных компонентов ТБО у населения – в один контейнер «для вторсырья»). Отходы нежилого сектора города и вторсырье от населения транспортируются на специальные сортировочные комплексы. Хвосты сортировки подвергаются компактированию. Степень утилизации ТБО на первом этапе 30-40 % (в перспективе – до 50 %). Комплекс по сортировке и компактированию ТБО становится центром, объединяющим всю систему выделения из отходов ресурсов, пригодных для вторичного использования. Одновременно снижаются объемы полигонного захоронения ТБО и затраты на их транспортировку и захоронение. Срок окупаемости строительства сортировочного комплекса – не более трех лет.
6. Показано, что для вовлечения в переработку неутилизируемой части ТБО наиболее приемлемы комбинированные технологии, включающие термические операции (второй этап решения проблемы ТБО, количество захораниваемых отходов снижается до 10-15 %).
Литература
1. Шубов Л.Я., Ставровский М.Е., Шехирев Д.Е. Технологии отходов (техноло-гические процессы в сервисе). М.: ГОУВПО «МГУС»,– 2006.– 410 с.
2. Гриценко А.В., Горох Н.п., Коринько И.В. и др. Технологические основы промышленной переработки отходов мегаполиса.– Х.: ХНАДУ,–2005.– 360с.
3. систер В.Г., Мирный А.Н. Современные технологии обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов.– М.: АКХ им. К.Д. Памфилова,–2003.–303 с.
4. бабаев В.Н., Горох Н.п., Коринько И.В. и др. Полимерные отходы в коммунальном хозяйстве города.– Х.: ХНАГХ, – 2004.– 376 с.
5. Программа развития системы обращения с твердыми бытовыми отходами в г. Харькове (2004-2013 гг.).
6. Государственная программа обращения с твердыми бытовыми отходами в Украине (утв. Постановлением КМУ Украины от 04.03.2004, № 263).
Экологические и экономические аспекты вторичной переработки полимерных отходов
Бабаев В.Н., Коринько И.В., Горох Н.П.
Проблемам отходообращения и в значительной степени вторичной переработке полимерных отходов, применению их в коммунальном хозяйстве городов Украины способствуют причины экологического и экономического характера. Вторичная переработка полимерных отходов, входящих в состав ТБО, в какой-то мере является отраслью индустрии экономического кругооборота.
Годовой объем хозяйственного мусора на одного жителя г. Харькова в среднем составляет 250 кг, в том числе 30 % (75 кг) тара и упаковка, до 12 % (30 кг) полимерные отходы; отходы полиэтилентерефталата (ПЭТ-бутылка) 0,8-1 % (2-2,5 кг). Использованная тара и упаковка на сегодня становится ценнейшим вторичным сырьем, которое чаще всего и используется для производства той же упаковки и тары, хотя диапазон применения вторичного полимерного сырья весьма широк, особенно в коммунальном хозяйстве и инфраструктуре города.
Производство тары и упаковки из полимерных материалов – наиболее интенсивно и эффективно развивающаяся отрасль экономики. Тема «Упаковка и экология» постоянно находится в поле зрения общественных споров и дискуссий. И производители, и пользователи тары и упаковки должны принимать в расчет требования, предъявляемые к ней с точки зрения эколого-экономических проблем, которые она создает, так как цепь, состоящую из производства, реализации и потребления, замыкает сектор отходов. При этом надо учитывать следующее: наряду со своими положительными свойствами тара и упаковка при отсутствии ее утилизации имеет и отрицательные: экономический кругооборот удлиняет цепь создания стоимости на еще одно звено – утилизацию отходов, указывая при этом путь к созданию благоприят-ных для охраны окружающей среды и экономически выгодных форм производства и потребления. При выборе способа использования и утилизации отходов следует учитывать общие затраты энергии. Отходы, которые выгодно перерабатывать, чем сжигать и утилизировать на полигонах, нужно перера-батывать. В настоящее время в Украине ежегодно образуется около 6 млн. тонн отходов, среди которых до 50 % составляют отходы тары и упаковки.
Отходы полимерной тары и упаковки являются серьезными загрязнителями окружающей природной среды (в естественных условиях они не разлагаются в течение многих десятилетий), поэтому большое внимание уделяется организации их сбора, переработки и утилизации.
В настоящее время в промышленную переработку в основном вовлекают отходы пластмасс, относящиеся к категории термопластов. Вовлечение в переработку промышленных – технологических отходов пластмасс сложностей не представляет. Как правило, эти отходы перерабатывают на тех же предприятиях, где они образуются. Степень утилизации промышленных отходов пластмасс достигает 90 %. Технологические отходы производства термопластов используются для изготовления изделий технического назначения, бытовой химии и нужд коммунального хозяйства (трубы полиэтиленовые, тротуарная плита, дождеприемники, люки и крышки канализационные) или в качестве добавок (10-15 %) к исходному сырью.
Наибольшую сложность представляет материальная утилизация отходов потребления пластмасс, в т.ч. попадающих в ТБО. В большинстве районов г. Харькова содержание пластмасс в ТБО составляет не менее 8-12 % (упаковка, тара). Вовлечение в переработку отходов пластмасс, бывших в употреблении, во многом связано с организацией их селективного сбора. Степень промыш-ленной переработки таких отходов методом рециклинга в г. Харькове – незначительна. Принятое в эксплуатацию Государственной комиссией в апреле 2001 г. опытно-экспериментальное производство ООО «Харьковвторполимер» перерабатывает до 500 т/год полимерных отходов. В тоже время система мониторинга подтверждает значительное накопление отходов полимерной упаковки и тары, и в г. Харькове составляет до 60-80 тыс. тонн в год.
Таким образом, проблема перехода к технологии промышленной переработки полимерных отходов имеет два взаимосвязанных аспекта – экономический и экологический:
- экономический (предварительный сбор и сортировка ТБО позволят вернуть в переработку значительное количество ресурсно-ценных компонентов вторичного сырья, в том числе полимеров);
- экологический (уменьшится количество накопленных отходов, значительно снизится объем отходов, подлежащих захоронению на полигоне).
Расчет экономического эффекта при заготовке, подготовке к переработке и использовании вторичного полимерного сырья должен проводиться в производственно-технологическом аспекте. Это касается и технических решений на уровне перерабатывающих предприятий, которые следует принимать только с учетом интересов производства. При этом нужно детализировать критерии по затратам и по результатам:
По затратам:
- одноразовые затраты: капиталовложения; организация производства по переработке полимерных отходов;
- текущие затраты: себестоимость; материалоемкость; закупочные цены исходного полимерного сырья; потребляемые энергоресурсы (эл. энергия, вода, сжатый воздух);
- потребность в рабочей силе;
- защита окружающей среды (очистные сооружения, воздухообменная вентиляция, др.).
По результатам:
- прибыль, объем производства, срок окупаемости;
- производительность труда;
- качество продукции (сертификация, ТУ);
- экономия энергоресурсов;
- экологические характеристики, снижение затрат на мероприятия по защите окружающей среды, методом усовершенствования технологии производства.
Для исходного сырья полимерных отходов должна быть установлена закупочная цена, которая действовала бы стимулирующе и покрывала сделанные расходы. По опыту известно, что предприятия, на которых образуются отходы, не хотят отдавать их бесплатно или же по ценам, только компенсирующим расходы, если становится известно, что предусматривается дальнейшее использование вторичного сырья.
О сборе, накоплении и переработке ресурсно-ценных компонентов, входящих в ТБО, включая и полимерные отходы накоплен определенный опыт, на основании которого было принято решение о целесообразности их сбора в Украине, подтвержденное Постановлениями Кабинета Министров Украины (№ 183 от 28.02.2001 г.; № 915 от 26.07.2001 г.; № 1084 от 26.07.2002 г. «Про впровадження системи збирання, сортування, транспортування, переробки та утилізації відходів як вторинної сировини»).
Усиленное использование вторичного пластмассового сырья требует, естественно, значительных капитальных вложений. Имеющиеся сейчас мощ-ности недостаточны, а для использования комбинированных пластмассовых материалов, бывших в употреблении, еще не достигнут на производстве необходимый технологический уровень. Требуются специальные производст-венные помещения, транспортные средства, упаковочные материалы, установки для компактирования или размола, добавочная рабочая сила, которую необходимо специально обучать, изготовление специализированного технологического оборудования переработки полимерных отходов.
Критерии по результатам лишь частично могут быть выражены коли-чественно. Одна из возможных характеристик – соотношение цен вторичного и первичного сырья, при этом необходимо учитывать уровень свойств регенерата. Материальные и энергетические ценности, заключенные в отходах, относительно небольшие затраты на регенерацию предопределяют получение существенного экономического эффекта, усиливающегося благодаря экономии первичного сырья, стоимость которого на рынке Украины – значительна и превосходит более чем в два раза стоимость вторичного полимерного сырья.
Расчеты экономической эффективности производства и применения вторичного полимерного сырья имеют определенную специфику. В частности, проблема окупаемости здесь возникает не по вариантам внедрения новой техники, а по вариантам использования полимерного гранулята в изделиях и продукции для нужд коммунального хозяйства и инфраструктуры городов Украины. Кроме того, во многих случаях не возникает необходимость окупать дополнительные капитальные вложения в общепринятом смысле этого термина, так как достигается экономия и текущих, и единовременных затрат. Однако это обстоятельство все равно не позволяет отказаться от расчета затрат, ибо результат расчета включает не только сопоставление фактического коэффициента с нормативным, но и определение абсолютной суммы приведенных затрат. Поэтому текущие и единовременные затраты, независимо от динамики, следует соизмерять путем их суммирования по определенной методике с учетом специфики производства вторичной переработки исходного полимерного сырья (тара, упаковка, пленки, ПЭТ-бутылка, др.).
Главная задача методики определения сравнительной экономической эффективности вторичных полимерных материалов состоит в правильной оценке затрат и экономии на стадиях их производства и применения в виде готовой продукции.
Оценка эффективности использования гранулята полимерных отходов предполагает учет текущих и единовременных затрат на всех стадиях движения материала – от закупки исходного сырья, изготовления гранул полимерных материалов, их переработки в изделия до потребления готовой продукции в сфере эксплуатации и учет этих затрат.
При разработке методических вопросов определение эффективности применения вторичного полимерного сырья и изделий на их основе нужно рассматривать как систему отраслей, связанных между собой взаимными поставками элементов основных и оборотных фондов, передачу которых из одного звена в другое следует оценивать по единой методологии, например по приведенным затратам. С этой целью весь процесс производства и применения полимерного вторичного сырья можно условно разделить на четыре стадии: производство исходного сырья и полупродуктов; производство полимерных гранул; производство и использование изделий из полимерных гранул в промышленных изделиях, оборудовании и другой продукции; применение продукции из полимерного вторичного сырья в отраслях – потребителях, и особенно в коммунальном хозяйстве города.
Во всех случаях расчетам технико-экономической эффективности производства и применения вторичного полимерного сырья должен предшествовать технико-экономический анализ, который служит средством для решения важных производственных задач, а именно:
- определение целесообразных направлений развития отрасли по производству гранулята вторичных полимеров;
- экономическое обоснование технических мероприятий и определение очередности их внедрения;
- выбор наиболее экономического варианта при разработке выпускаемых изделий из полимерного сырья;
- оценка возможностей улучшения технико-экономических показателей изделий, полученных с применением сырья из вторичных полимеров;
- определение технического уровня вторичного полимерного гранулята в соответствии технологического регламента и ТУ выпускаемого вторичного сырья.
Главным критерием измерения эффективности вторичных полимерных материалов является сфера конечного потребления продукции, т.е. отрасли-потребители. Методы измерения эффективности вторичного сырья соответствуют стадиям использования в хозяйстве продукции конечного (готовые изделия), промежуточного (комплектующие и сменяемые изделия) и начального (материалы) потребления.
Развитие утилизации отходов производства и потребления требует разра-
ботки и применения эффективных мер экономического стимулирования использования вторичных ресурсов (экономических методов управления, мето-дики определения экономической эффективности переработки отходов и др.). В целях стимулирования предприятий и организаций в учете, сборе, заготовке и переработке отходов производства и потребления необходимо совершенст-вовать ценообразование на отходы и продукцию, изготовляемую на них.
Цены играют не только стимулирующую роль в рациональном исполь-зовании материальных ресурсов, но и в решающей степени влияют на эффективность применения любого стоимостного показателя для оценки результатов деятельности предприятий вторичной переработки полимерных отходов. Именно поэтому для повышения уровня использования отходов производства и потребления важное значение имеет формирование на отходы и продукцию, изготовляемую из них, экономически обоснованных цен, создаю-щих равную заинтересованность в утилизации отходов как предприятий-источников образования отходов, так и предприятий, их потребляющих, а также специализированных заготовительных систем в процессе сбора, подго-товки к промышленному потреблению и переработки отходов в продукцию.
Закупочные цены – это рычаг стимулирования предприятий и организа-ций – источников образования отходов в их сборе и реализации.
Наиболее сложной проблемой ценообразования в области утилизации отходов является определение методологии формирования цен на отходы, по которым предприятия-источники образования отходов должны их реализо-вывать. Единого подхода к решению этой проблемы в настоящее время нет.
Ресурсы отходов, возможные к сбору и использованию, – это отходы, для которых существует технология переработки, и их утилизация экономически целесообразна. Вторичные ресурсы – это значительная часть объема отходов, образующихся как результат деятельности людей.
Помимо понятий «отходы», «отходы, возможные к сбору и использова-нию», «вторичные ресурсы» важным является понятие «вторичное сырье». Обусловлено это тем, что для существующих технологий утилизации отходов последние должны соответствовать действующим ТУ и ГОСТ, разработанным для вторичного сырья. Перевод отходов во вторичное сырье, осуществляется в источниках образования отходов, системе заготовки и на перерабатывающих предприятиях путем облагораживания, обогащения или других необходимых технологических операций, соответствующих ТУ и технологическому регламенту на выпуск вторичного сырья.
Вторичные полимеры являются частью вторичных ресурсов, которые образуются в компактных источниках и у населения. Сложившаяся структура производства, переработки полимеров и использования готовой продукции из них включает следующие этапы: производство полимеров; переработка полимеров в готовую продукцию из полимеров по направлениям использова-ния; использование изделий из полимеров в сферах коммунального хозяйства и инфраструктуры города.
Ежегодный анализ санитарной очистки г. Харькова показывает, что в морфологическом составе бытовых отходов накопление ресурсно-ценных компонентов ТБО увеличивается, в особенности полимерных пленочных отходов, ПЭТ-бутылки, и опережает возможности их переработки, так как методы повторного использования их в виде гранулята вторичного сырья еще не нашли широкого применения в городе.
Создавшаяся ситуация стимулирует переход от полигонного захоронения ресурсно-ценных компонентов, входящих в состав твердых бытовых отходов, к их промышленной переработке. В этой связи концепция промышленной переработки ТБО должна четко определять научно-обоснованные направления:
- эколого-экономическая задача – цель;
- экологическое образование населения;
- разработка пилотных проектов опытно-экспериментальных производств по сортировке бытовых отходов, переработке полимерных отходов, ПЭТ-бутылки, других ресурсно-ценных компонентов, используя их размещение по принципу районирования;
- селективный сбор сырьевых компонентов ТБО;
- повторная переработка «сырьевого» мусора, наиболее ресурсно-ценных компонентов методом рециклинга во вторичное сырье;
- изготовление изделий готовой продукции из вторичного сырья для коммунального хозяйства и инфраструктуры города;
- использование недосортированной части ТБО в виде компостирования, брикетирования «мусорного» топлива, биогаза с целью уменьшения или полного отказа от мусоросжигания;
- создание минисжигательных установок только для использованных медицинских препаратов и дожигания недосортированных «хвостов» от перерабатывающих проектов.
Совершенно очевидно, что в системе санитарной очистки города должны быть задействованы более гибкие нормы и правила, учитывающие изменяю-щиеся условия, реальные количественные и качественные объемы образования бытовых отходов города.
Для практического внедрения эколого-экономических аспектов вторичной переработки полимерных отходов необходимо выполнить исследования качественного состава накопленных и образующихся отходов, подлежащих переработке; маркетинг рынка потребности в продукции производимой с использованием отходов; сравнительную оценку качества этой продукции с аналогичной продукцией, производимой из основного сырья; технико-экономическое обоснование организации производства по переработке ресурсно-ценных сырьевых компонентов бытовых отходов.
Основная задача в процессе выполнения этих работ – получение достоверной информации объемов размещения отходов, в том числе их расположение, о фактических количествах ресурсно-ценных «сырьевых» отходов в местах их сбора и накопления.
Данную работу необходимо рассматривать как апробацию результатов научно-исследовательских работ на территориальном уровне районов города, выполненную по государственному заказу.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНОГО ПОЛИМЕРНОГО СЫРЬЯ