Построение технологической схемы любого производственного процесса определяется составом и свойствами исходного сырья, а также задачами произ-водства. Поскольку ТБО представляют собой гетерогенную смесь сложного морфологического состава, не существует, как показывает анализ, какого-либо одного универсального метода их переработки, удовлетворяющего современным требованиям экологии, экономики, ресурсосбережения и рынка. Этим требованиям, тенденциям развития мировой практики, рекомендациям международных экологических конгрессов в наибольшей степени отвечает проектирование и строительство комбинированных мусороперерабатывающих заводов, обеспечивающих использование отходов как источника энергии и как вторичного сырья. Построение промышленной технологии по принципу комбинации различных методов переработки ТБО нивелирует недостатки каждого метода, взятого в отдельности. Именно комплексная переработка ТБО, как системная комбинация сортировки, термообработки, ферментации и других процессов, обеспечивает в совокупности малую отходность производства, его максимальную экологичность и экономичность.
Объединяющим процессом в схеме комплексной переработки ТБО является сортировка (в том числе на основе селективного сбора), изменяющая качественный и количественный состав ТБО. При этом повышается не только доля повторного использования 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.
Преимущества комплексной переработки ТБО выявляет укрупненная эколого-экономическая оценка наиболее распространенных промышленных технологий переработки ТБО – слоевого сжигания, ферментации, сортировки и их комбинаций. Выполненные расчеты дают объективную качественную сравнительную оценку различных технологий, их корректно использовать только в рамках поставленной задачи – для сопоставления различных способов переработки ТБО.
В качестве исходных данных для анализа технологий переработки ТБО принята условная производительность – 240 тыс. т. ТБО в год (завод обслуживает около 0,6 – 1,0 млн. жителей – среднестатистическая численность региональных центров Украины).
Некоторые экономические показатели различных технологий переработки ТБО (по данным европейских фирм, дополненным расчетными данными по комплексной переработке ТБО и расчетными данными по реализации готовой продукции) приведены в табл. 2 и на рис. 1.
Таблица 2 – Экономическая эффективность различных технологий
переработки ТБО
| Показатели | Технол | огии | ||||
| Сжи-гание | Компос-тирование | Сорти-ровка + сжига-ние | Сорти-ровка + компо-стиро-вание | Комп-лексная перера-ботка | Сортировка + компак-тирование* | |
| Удельные капитальные вложения (на 1 т ТБО), долл./т |
Продолжение табл. 2
| Удельные эксплуата-ционные затраты (на 1 т ТБО), долл./т | 9,6 | 12,8 | 8,7 | 13,5 | 3,5 | |
| Неутилизируемая фракция (подлежит захоронению),% | ||||||
| Удельные затраты на захоронение неутилизи-руемой фракции, долл./т** | 4,5 | 16,5 | 2,4 | |||
| Норма амортизационных отчислений, % *** | ||||||
| Приведенные капиталь-ные затраты, долл./т | 4,4 | |||||
| Общие удельные затраты, долл./т | 46,6 | 50,3 | 35,2 | 39,9 | 25,9 | |
| Суммарная реализация продукции из 1 т 'ТБО, долл./т | 23,7 | 9,2 | 33,9 | 18,7 | 30,2 | |
| Экономическая эффек-тивность технологий, долл./т | -22,9 | -18,8 | -16,4 | -16,5 | -9,7 | 8,1 |
* Технология «сортировка+компактирование» рассчитана на вовлечение в переработку только отходов нежилого сектора города.
** Удельные затраты на захоронение ТБО приняты 30 долл./т.
*** Норма амортизационных отчислений условно принята 10 % (для всех технологий).
 |
Рисунок 1 – Экономическая эффективность различных технологий переработки ТБО:
1 – сжигание; 2 – компостирование; 3 – сортировка + сжигание;
4 – сортировка + компостирование; 5 – комплексная переработка;
6 – сортировка + компактирование.
Сравнительная качественная оценка принципиальных способов переработки ТБО по экономическим критериям (удельные капитальные, эксплуатационные и приведенные затраты, удельные затраты на захоронение неутилизируемой части ТБО, прибыль от реализации продукции из 1 т ТБО) показывает (рис.1), что строительство заводов по технологии прямого сжигания, а также прямого компостирования ТБО экономически наименее целесообразно (практика СНГ). В экономическом плане, как следует из рис. 1, для переработки неразделенных потоков ТБО наиболее предпочтительны комбинационные технические решения, в особенности комплексная переработка ТБО (комбинация процессов сортировки, термо- и биообработки). Однако, без учета тарифов за прием ТБО все эти технологии являются убыточными. Единственной самоокупаемой является технология раздельного сбора и сортировки отходов нежилого сектора города (первый этап решения проблемы ТБО).
Ниже (табл. 3) показано влияние процесса сортировки на перераспределение материальных потоков отходов между термическим и биотермическим переделами в случае комбинации технологий (комплексная переработка ТБО), что является технически целесообразным и обеспечивает повышение экономической и экологической эффективности производства (технология ферментации условно рассчитана на использование биобарабанов, выпускаемых отечественной промышленностью и в странах СНГ).
Таблица 3 – Ориентировочный материальный баланс процесса сортировки ТБО (цех работает 340 дней в году, по 12 часов в сутки, при этом поступает исходных ТБО: 240 тыс. т/год, 705 т/сут, ок. 60 т/час)
| Наименование Продуктов | Содер-жание в исход-ном, % | Выход | |||
| Извлече-ние, % | % | т/год | т/сут | ||
| Черный металлолом (включая оловосодержащий) | 3.0 | 2.94 | 20. 75 | ||
| Цветной металлолом | 0.5 | 0.4 | 2.82 | ||
| Легкая фракция (на сжигание) | 30.0 | 13.5 | 95.29 | ||
| Текстильные компоненты (на сжигание) | 6.0 | 4.8 | 33.88 | ||
| Крупногабаритные компоненты (на сжигание) | 2.0 | 1.8 | 12.7 | ||
| Балластные компоненты (стеклобой, батарейки и др. отходы) | 7.0 | 40.0 | 2.8 | 17.76 | |
| Механические потери с крупногабаритной фракцией (на сжигание) | - | - | 10.0 | 70.58 | |
| Потери (влага, пыль) | - | - | 0.06 | 0.42 | |
| Обогащенная органическая фракция (на ферментацию) | - | - | 63.7 | 449.64 | |
| Реальное количество обогащенной органической фракции, принимаемое цехом ферментации при работе 305 дней в году | - | - | 57.14 | 449.64 | |
| На сжигание из цеха сортировки (суммарно за 340 дней) | 36.65 | 258.76 | |||
| Итого: | - | - | - |
Из табл. 3 следует, что в результате механизированной сортировки исходных ТБО выход фракции, направляемой на ферментацию, составляет около 57 % от исходного (137140 т/год при работе 305 дней в году), а фракции, направляемой на сжигание – около 37 % (87980 т/год при работе 340 дней в году).
После очистки продукта ферментации от примесей в отходы перейдет около 25 % материала, поступившего на ферментацию, что составит 34285 т за 305 суток работы или 112.4 т/час; эти отходы направляются на сжигание.
Таким образом, в цех термообработки поступает: 87980 т/год (из цеха сортировки) и 34285 т/год (из цеха ферментации), т.е. суммарно 122265 т/год (359.6 т/сут, или около 15 т/час). Иными словами, в случае комплексной переработки на сжигание направляется около 50 % от исходных ТБО (вместо 100 % при использовании технологии прямого сжигания исходных ТБО). Это обуславливает сокращение потребности в весьма дорогостоящем термическом оборудовании в два раза.
Аналогично сокращается потребность в биобарабанах для установки в цехе ферментации. Так, при отсутствии сортировки для прямой ферментации исходных ТБО (практика заводов СНГ) в количестве 240 тыс. т/год (786.8 т/сут при работе в три смены 305 дней в году) потребовалась бы установка 11 биобарабанов марки КМ101А диаметром 4 м и длиной 36 м (полезный объем 300 м3). Тогда в соответствии с данными практики Нижегородского завода РФ годовая производительность одного биобарабана составляет 21.5 тыс. т или 71 т/сут, т.е. общая потребность в биобарабанах составляет 786.8: 71 = 11.
При использовании технологии комплексной переработки на ферментацию направляется 137140 т/год обогащенной фракции ТБО и к установке требуется всего 6 биобарабанов (449.6: 71 = 6), т.е. почти в два раза меньше (даже без учета увеличения плотности обогащенной фракции по сравнению с исходными ТБО).
На примере этого простого расчета наглядно выявляется эффективность первичной сортировки как подготовительной операции в процессе комплексной переработки ТБО (по существу технология комплексной переработки является универсальной, т.к. мало зависит от состава исходных ТБО).
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 8-15 % от затрат на термо- и биообработку.