CC BY
22УДК 69
doi:10.52210/22243669X_2021_4_18
ЭФФЕКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ МУСОРОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Н.Н. Гудкова, Г.К. Ивановский
Аннотация. Эффективная сортировка и переработка полимерных отходов в строительные материалы на мусороперерабатывающем заводе является актуальной в условиях современного производства и использования полимерной тары и упаковки во всех отраслях производства, а также нарастающей проблемы дефицита полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), их влияния на экологическую обстановку в прилегающих районах. Альтернативным решением утилизации полимерных и прочих отходов традиционно являются мусоросжигательные заводы, экологический вред от которых сопоставим с полигонами ТБО, которые не приносят прибыли, а затраты на их строительство и эксплуатацию являются весьма ощутимыми для субъектов РФ. Новизна подхода к решению проблемы полигонов ТБО и утилизации мусора в целом - это строительство заводов по переработке отходов (в данном случае полимерных) и производству строительных материалов.
Ключевые слова: полимерные отходы, упаковка, утилизация мусора.
EFFECTIVE USE OF POLYMER WASTE FROM WASTE PROCESSING ENTERPRISES FOR THE PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS
N.N. Gudkova, G.K. Ivanovsky
Abstract. Effective sorting and processing of polymer waste into building materials at a waste recycling plant is relevant in the context of modern production and use of polymer containers and packaging in all industries, as well as the growing shortage of landfills for solid household waste (SHW), their impact on the environmental situation in the surrounding areas. An alternative solution to the disposal of polymer and other waste has historically been offered by incinerators, the environmental damage from which is comparable to landfills and do not bring profit, while the cost of construction and operation of incinerators is quite significant for Russian federal municipalities (regions). The novelty of the approach to resolving the issue with regard to landfills and waste disposal in general is the construction of waste processing plants, in this case polymer, and the production of building materials.
Keywords: polymer waste, packaging, waste disposal.
В настоящее время проблема утилизации отходов в странах Европы решена частично, а в России еще нет систематизированного сбора, разделения, производства и дальнейшей реализации материалов.
Поиск оптимального способа для территории РФ - использовать утилизированные полимерные отходы экологично, эффективно и экономично - сводится к решению комплекса задач: организация раздельного сбор полимерных бытовых отходов или их разделение непосредственно на заводе по утилизации отходов; создание технологических линий завода по утилизации полимерных отходов и принципиальных схем работы завода; анализ и разработка строительных материалов на основе утилизированных полимерных отходов; анализ рынка и целесообразности использования строительных материалов на полимерной основе в различных регионах РФ.
Мусороперерабатывающие комплексы разработаны относительно недавно, предлагаемая модель мусороперерабатывающего комплекса основывается на современном оборудовании, которое находится в свободной продаже у фирм-производителей.
Анализируя развитие процесса раздельного сбора мусора за границей и на территории РФ, а также разработки схем мусоросортировочных комплексов, на основе публикаций в СМИ («Аргументы и факты» [1], «Коммерсантъ» [3], медиагруппы Российского агентства международной информации «РИА Новости» [10]), можно отметить в качестве основного мусоросортировочный комплекс фирмы-производителя ООО «ХУСМАНН РУС» [5], которая находится на рынке с 2011 г., создает проекты мусоросортировочных комплексов, а также поставляет и обслуживает соответствующее оборудование. Компания «ХУСМАНН РУС» является официальным эксклюзивным представителем немецкой фирмы «Husmann GmbH», с 2004 г. внедряет европейский опыт по обращению с отходами в России, адаптируя его к российским реалиям. На сайте вышеуказанной организации приведена схема производственного цикла по сортировке отходов, перечислено необходимое оборудование, а также даны предложения по проектированию. Опираясь на опыт компании и учитывая специфику переработки полимерных отходов в России, рассмотрим основные подходы к созданию му-соросортировочного комплекса, исключая из цикла систему сортировки вторичных отходов, таких как бумага, металлолом, стекло, ткань, и подробнее остановимся на работе комплекса с пластиковыми отходами для последующего производственного цикла.
Нормы для переработки твердых бытовых отходов, а также способы сбора и разделения были взяты из справочника «Твердые бытовые отходы (сбор, транспорт и обезвреживание)» [17], а также использованы данные Министерства природы РФ, газеты «Коммерсантъ» [3] и ФГУП «Федеральный экологический оператор» [15].
Оборудование для сортировки отходов может быть подобрано в соответствии с расчетной производительностью мусоросортировочного комплекса у фирм-производителей ГК «7GreenLine» [4], ГК «МЕГАЛИОН» [11], в том числе ООО «ХУСМАНН РУС».
Основными документами для разработки линий по переработке полимерных отходов в строительные полимерпесчаные материалы являются зарегистрированные патенты [13], приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Зарегистрированные патенты
Линия для производства кровельно-строи-тельного материала и состав для изготовления кровельного листа 2012 Самонин Василий Анатольевич RU2496637C1
Технологическая линия по производству полимерной кровельной черепицы 2011 Дементьев Виктор Дмитриевич Набатов Олег Владимирович Позднякова Анна Викторовна RU2483873C1
Технологическая линия по производству полимерных строительных материалов 2002 Дунаев С.С. Минин Л.В. RU2206452C1
При проектировании и разработке схемы линий для производства полимерпесчаного оборудования может быть полезен опыт инженеров России и других стран, таких как Нзамби Мати (кенийская женщина-инженер, компания «Gjenge Makers») [20], Павел Васильев и Глеб Майер (РФ) [16], братья Нгом (Дакар, Сенегал) [8].
В качестве примера можно привести оборудование для переработки полимерных отходов в соответствии с производительностью сортировочного комплекса по разделению полимеров от компаний «СтанкоПЭТ» [6] и «ПОЛИМЕХ» [2].
Для переработки полимерных отходов в топливо применяются установки «Т-ПУ1» от производственно-торговой компании «Пиролиз-Экопром», входящей в группу компаний производственного холдинга «Техносервис» [7].
Объемно-планировочные и конструктивные решения здания мусороперерабатывающего комплекса можно рассмотреть на примере от ЗАО «Казанский Экологический Комплекс» «КЭК» [2]. Конструктивное решение строительства трансформаторной подстанции выбрано от электротехнического завода ООО «БНК» [19].
Принцип переработки полимерных отходов в строительные материалы. Переработка полимерных материалов должна осуществляется на территории мусоросортировочного завода в отдельных помещениях для каждого вида полимеров (зона переработки полимеров). Основным продуктом, получаемым из отсортированных ПЭТ-бутылок, пленочных материалов и твердых пластиков в зоне переработки полимерных отходов является производство поли-мерпесчаных изделий: полимерпесчаная плитка, кирпичи, черепица, тротуарные бордюры. Основная идея состоит в замене вяжущего (цемента) в бетоне на полимер. За основу получения изделий из полимерпесчаных изделий принят патент Германии № 4434252: «Данная технологическая линия содержит установленные параллельно по ходу технологического процесса первый загрузочный бункер и первый экструдер, второе загрузочное устройство и второй экструдер, причем внутренние поверхности обоих экструдеров соединены между собой, и далее - реактор, соединенный через подающую линию с совмещенными экструдерами, ко второму из которых подсоединена линия отвода воздуха» [18].
Также есть патент непосредственно на систему изготовления изделий из сыпучих материалов и полимерных отходов № RU2185959C1 [14].
Изобретение относится к производству строительных изделий из сыпучих материалов и полимерных отходов и может быть использовано для получения черепичных, кровельных материалов, химически стойких покрытий полов, плитки и других материалов.
Технология получения полимерпесчаной продукции. Для каждого региона РФ необходимо подобрать свои технологические решения по производству полимерпесчаной продукции с учетом климатических факторов, однако состав вторичных полимерных продуктов практически одинаков, а состав песка зависит от места добычи. В соответствии с этим нужно подбирать оборудование исходя из химического состава поставляемых продуктов.
Получение полимерпесчаной плитки делится на пять технологических переделов (рисунки 1-2):
- измельчение пластика (с помощью дробилки полимерный материал измельчается);
- агломерирование (совмещение в одном процессе измельчения и пластикация (процесс превращения пластических масс в расплав, с целью облегчения их переработки в изделия);
- обработка полимерной пленки под действием силы трения и подачи дозированного количества воды для охлаждения);
- смешивание полимерных кусочков с песком в экструдоре (на этом этапе песок и расплавленный вязкий пластик, при высоких температурах, многократно перемешиваясь, превращаются в однородную тестообразную массу, в которую по желанию добавляется краситель);
- выдавливание, прессование, формование полученной фракции (экструдер выдавливает смесь, ее температура составляет около 200 градусов, смесь нарезают и укладывают в формы в необходимом количестве); придание готовой формы и охлаждение (формовочный пресс придает изделию конечный вид, одновременно происходит и охлаждение).
По желанию производитель может придать плитке различные габариты и фактуру [12].
Рисунок 1. Линия переработки полимерной пленки в полимерпесчаные изделия
Рисунок 2. Линии переработки полимерных отходов
Анализ основных технологических параметров ПЭТ-бутылок, их применимость в производстве строительных материалов. Для получения качественной продукции после переработки полимерных продуктов совместно с песком необходимо соблюдать основные условия: чистота перерабатываемого пластика и хорошо высушенные компоненты, максимальное отсутствие влаги.
ПЭТ-материалы, не пригодные для переработки (из-за загрязнённости или большого числа циклов использования), могут быть утилизированы на мусоросжигательных заводах, в том числе на предприятиях, рассчитанных на энергетическую утилизацию отходов. ПЭТ считается одними из самых безопасных видов пластикового топлива, так как при их сгорании не выделяются диоксины.
В европейских странах около 70 % вторичного ПЭТ перерабатывается в волокна полиэстера, который используют для утепления одежды, набивки спальных мешков и мягких игрушек.
Полиэфирное волокно - синтетическое волокно, формируемое из расплава полиэти-лентерефталата или его производных. Достоинства - незначительная сминаемость, отличная свето- и атмосферостойкость, высокая прочность, хорошая стойкость к истиранию и к органическим растворителям. Недостатки - трудность крашения, сильная электризуемость, жесткость - устраняются химическим модифицированием. Применяется, например, в производстве различных тканей, искусственного меха, канатов, для армирования шин, в качестве утеплительного материала [9].
Вышеуказанное оборудование для производства полиэфирного волокна является дорогостоящим, что сдерживает его применение, однако переработка ПЭТ-бутылок в полимер-песчаную плитку требует меньших затрат на оборудование.
Развитие технологий по переработке бытовых отходов и применение продуктов переработки для производства строительных материалов может иметь не только научный, но и практический (коммерческий) интерес, параллельно решая ряд крупных региональных проблем с полигонами ТБО и экологической обстановкой. Дальнейшее изучение и разработка номенклатуры продукции, возможности использования для производства изделий, предлагаемого производителями оборудования, разработка замкнуты автоматизированных технологических циклов, расширяет горизонты научного поиска и экономической привлекательности такого рода проектов.
Библиографический список
1. Вторая жизнь. Как работает отрасль стеклопереработки // Аргументы и факты. 2019. 22 августа.
2. ЗАО Казанский экологический комплекс. URL: https://onlineecology.com/org/zao-kazanskiy-eko-logicheskiy-kompleks (дата обращения: 23.09.2021).
3. Когда появился раздельный сбор мусора в Европе // Коммерсантъ. 2019. 19 июня.
4. Комплексы «7GReenLine» для сортировки мусора. URL: https://7greenline.ru (дата обращения: 23.09.2021).
5. Мусоросортировочные комплексы и оборудование «Хусманн Рус». URL: https://husmann.su (дата обращения: 23.09.2021).
6. Оборудование для переработки полимеров. Станкопэт. URL: https://stankopet.ru (дата обращения: 23.09.2021).
7. ООО «Пиролиз-Экопром». URL: https://piroliz-ecoprom.ru (дата обращения: 23.09.2021).
8. Переработка пластика по-африкански - Сенегал. URL: https://pikabu.ru/story/pererabotka_plas-tika_poafrikanski_senegal_7957815 (дата обращения: 23.09.2021).
9. Полиэфирное волокно. URL: https://www.roshimvolokno.ru/poliefirnoe_volokno.php (дата обращения: 23.09.2021).
10. Примеры систем раздельного сбора мусора за рубежом: справка. // РИА Новости. 2010. 21 мая.
11. Проектируем и производим мусоросортировочные комплексы. ГК «МЕГАЛИОН». URL: https:// www.megalion69.ru (дата обращения: 23.09.2021).
12. Производство полимерпесчаной плитки и технология укладки. URL: https://pressadv.ru/materialy/ polimernaya-plitka-izgotovlenie.html (дата обращения: 23.09.2021).
13. Российские патенты. Пантеон патентов. URL: https://patenton.ru (дата обращения: 23.09.2021).
14. Российский патент 2002 года по МПК B28B15/00 B28B3/00 C04B26/00.
15. «Российский экологический оператор» оценил уровень сортировки мусора // Коммерсантъ. URL: https://milknews.ru/index/sortirovka-musora.html (дата обращения: 22.08.2019).
16. Рязанский мастер делает тротуарную плитку из пакетов. URL: https://pikabu.ru/story/ryazanskiy_ master_delaet_trotuarnuyu_plitku_iz_paketov_8475075 (дата обращения: 23.09.2021).
17. Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов Л.С., Абрамов Н.Ф., Никогосов Х.Н. Твердые бытовые отходы (сбор, транспорт и обезвреживание): Справочник. М., 2001.
18. «Устройство для обработки смешанных пластмассовых отходов» с приоритетом от 24.09.1994, МПК В29В 17/00, опубликованного 28.03.1996.
19. Электротехнический завод ООО «БНК». URL: https://bnk-azov.ru (дата обращения: 23.09.2021).
20. We make pavement bricks using plastic waste. Gjenge Makers Journey. URL: https://www.youtube. com/watch?v=C0FOc0QUWmw (дата обращения: 23.09.2021).
Н.Н. Гудкова
кандидат технических наук, доцент доцент
Российский университет транспорта РУТ-МИИТ, г. Москва
доцент кафедры «Водные пути, порты и гидротехнические сооружения» Академия водного транспорта АВТ, г. Москва
доцент кафедры строительства и городского хозяйства Московский информационно-технологический университет -Московский архитектурно-строительный институт
E-mail: [email protected]
Г.К. Ивановский
инженер
Войсковая часть 66631 E-mail: [email protected]
