CC BY
35ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ
PROBLEMS OF FACTORY AND DOMESTIC WASTE UTILIZATION
Статья поступила в редакцию 10.09.12. Ред. рег. № 1408 The article has entered in publishing office 10.09.12. Ed. reg. No. 1408
УДК 620.95
К ОЦЕНКЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ РЕГИОНОВ РОССИИ
Т.И. Андреенко, С.В. Киселева, Ю.Ю. Рафикова, В.П. Шакун
Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова 119991 Москва, Ленинские горы, д. 1 Тел.: (495) 939-42-57, е-mail: rsemsu@mail.ru, k_sophia_v@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 30.09.12 Заключение совета экспертов: 02.10.12 Принято к публикации: 05.10.12
По предложенной ранее методике проведены расчеты биоэнергетических ресурсов (потенциалов) твердых бытовых отходов и осадков сточных вод для всех регионов России на основе результатов переписи населения 2010 года и с учетом современного административно-территориального деления страны. Проведена оценка биоэнергетического потенциала городов России с численностью населения 100 тысяч человек и более. Полученные данные распределения биоэнергетических ресурсов по территории России представлены в виде таблиц и карт.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, биоэнергетический потенциал, распределение биоэнергетического потенциала, твердые бытовые отходы, осадки сточных вод.
TO THE ASSESSMENT OF THE RUSSIA'S REGIONS ORGANIC WASTE ENERGY POTENTIAL
T.I. Andreenko, S.V. Kiseleva, Yu.Yu. Rafikova, V.P. Shakun
Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography 1 Leninskie Gori, Moscow, 119991, Russia Tel.: (495) 939-42-57, e-mail: rsemsu@mail.ru, k_sophia_v@mail.ru
Referred: 30.09.12 Expertise: 02.10.12 Accepted: 05.10.12
Specific calculations of bio-energetic resources or potentials for solid wastes and sewage waters are made based on the suggested formula's and considering the population census from 2010 and the present-day administrative division of the country. The estimations of bio-technological potential of cities in Russia with the population exceeding 100 thousand people are also presented in the article.
The data concerning the distribution of bio-energetic resources over the territory of the country is presented in the article as tables and maps.
Keywords: renewable sources of energy, bio-energetic potential, distribution of bio-energetic potential, municipal solid waste, sewage sludge.
Татьяна Ивановна Андреенко
Сведения об авторе: старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ, канд. биол. наук.
Образование: физический факультет МГУ (1971 г.), аспирантура биологического факультета МГУ (1974 г.).
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, оценка ресурсов ВИЭ, стандартизация в области ВИЭ.
Публикации: более 60, соавтор 4 государственных стандартов по ВИЭ.
Софья Валентиновна Киселева
Сведения об авторе: ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ, канд. физ.-мат. наук. Образование: физический факультет МГУ (1987 г.), аспирантура (1990 г.).
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, оценка ресурсов ВИЭ, лабораторное моделирование динамических процессов в океане.
Публикации: более 60, в том числе патенты на изобретения.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (114) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Юлия Юрьевна Рафикова
Сведения об авторе: младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии, аспирант кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ.
Образование: геологический факультет МГУ (2004 г.), программа дополнительного образования «Экология и рациональное природопользование» на географическом факультете МГУ (2009 г.).
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, картографирование ресурсов ВИЭ, геоинформационные системы по возобновляемой энергетике.
Публикации: около 20.
Владимир Петрович Шакун
Сведения об авторе: инженер научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ.
Образование: бакалавр физ.-мат. наук, математический факультет МПГУ (2009 г.).
Область научных интересов: возобновляемые источники энергии, оценка ресурсов ВИЭ, геоинформационные системы.
Публикации: 2.
Введение
Производство и использование энергии, полученной из возобновляемых источников, становится все более заметным сегментом мировой энергетики. Одним из таких источников является биомасса (биомасса - все виды веществ растительного и животного происхождения, продукты жизнедеятельности организмов и органические отходы, образующиеся в процессах производства, потребления продукции и на этапах технологического цикла отходов [1]). Растительное топливо используется человечеством с древнейших времен, и до сих пор его прямое сжигание остается источником энергии в большей части мира. Однако в последние десятилетия разработаны технологии, позволяющие более эффективно преобразовывать энергию биомассы в тепло и перерабатывать ее в твердые, жидкие и газообразные виды топлива, значительно превосходящие исходное сырье по своим теплотворным свойствам и удобству использования для получения энергии [2, 3]. Важно, что эти технологии биоэнергетики позволяют использовать в качестве источника энергии не только древесину и растительные отходы, но и органическую составляющую отходов различных производств, городских отходов и стоков. Такие отходы образуются практически во всех регионах страны, что потенциально открывает возможности производства энергии и топлива из биомассы. В связи с этим встает вопрос о географии накопления (образования) отходов и оценке их регионального потенциала как перспективного возобновляемого источника энергии.
Следует подчеркнуть, что использование городских отходов и стоков решает одну из основных экологических проблем современных городов - сокращение загрязнения окружающей среды. Охране населения от вредного воздействия отходов уделяется большое внимание и в нашей стране, и за рубежом. Значительно меньшее место в отечественной научно-технической литературе и практике занимают про-
блемы использования этих отходов. Современные тенденции обращения с отходами в развитых странах направлены на повышение эффективности использования как энергетического, так и материального потенциала твердых бытовых отходов (ТБО) и осадка сточных вод (ОСВ).
Возможность использования отходов ТБО и ОСВ в качестве источника энергии определяется высоким содержанием в них органических веществ - до 80% в ТБО и до 70% в первичном необработанном осадке СВ.
Наиболее совершенные и широко применяемые современные технологии переработки органического вещества отходов с целью получения энергии - термическое (высокотемпературное) воздействие и метановое сбраживание - позволяют получить тепло и различные энергоносители, энергия которых может быть преобразована в электрическую. Органическое вещество отходов может быть использовано для получения энергии и через более сложные технологические цепочки, в которых это вещество выступает как источник биогенных элементов для выращивания растений и водорослей, которые в свою очередь служат в дальнейшем сырьем для получения биотоплива: биоэтанола, биогаза, а также непосредственно тепла и электроэнергии [3, 4].
Тенденции переработки ТБО
Эффективность термической переработки отходов (сжигания, пиролиза и газификации) и тем более процессов биологического преобразования энергии отходов (метанового сбраживания) сильно зависит от свойств отходов, что заставляет проводить их предварительную подготовку.
Для ТБО эта подготовка заключается в упрощенной или глубокой сепарации отходов. Ее цель - удаление высокотоксичных продуктов (ртуть, кадмий, хлор, цинк и др.) и максимальное извлечение полезных компонентов, что повышает экономическую эффективность всего комплекса дальнейшей перера-
ботки отходов. На современных предприятиях по переработке ТБО не ограничиваются измельчением отходов и магнитным извлечением металлолома; широко применяются сепараторы цветного металла, использующие явление вихревых токов Фуко в проводнике; оптические сепараторы, позволяющие отделить пластиковые бутылки и картонные упаковки; функционируют сложные системы пневмо- и гидросепарации [5]. В результате этих операций из отходов извлекается целый ряд ценных компонентов и при этом происходит обогащение органической части отходов. Теплота сгорания топлива, полученного из отходов, увеличивается, приближаясь к теплоте сгорания угля, и изменяется в пределах 9300-11600 кДж/кг, содержание влаги и золы снижается [6]. Среднее расчетное значение теплотворной способности сухой органической составляющей ТБО для среднестатистических российских ТБО оценивается в 4440 ккал/кг (18600 кДж/кг) [7]. Заметим здесь, что важной характеристикой отходов как топлива является низкое содержание серы (0,26%) и азота (образование его оксидов при обычном сжигании отходов также не вызывает опасений) [6].
Условия сбыта полученных полезных фракций отходов (их закупочная стоимость) определяют различные варианты использования этих продуктов. Так, на некоторых итальянских предприятиях происходит отделение органической части ТБО, пригодной для производства кормового продукта для животных. Органическое вещество отходов с низкой кормовой ценностью отправляется на компостирование или для приготовления белково-органического удобрения в виде сухих гранул, которые используются и в качестве топлива. Вообще, технологии, в которых ТБО очищают от балласта, подсушивают и превращают в топливные гранулы, получили значительное распространение. Так, с учетом трудностей сбыта бумажной массы иногда перерабатывающие фирмы предпочитают использовать бумажные волокнистые фракции сепарации ТБО именно для производства гранулированного топлива, а не бумаги [5]. Следует заметить, что этот метод применим только там, где есть такие потребители этого топлива, которые обеспечат его сжигание при температуре выше 1200 °С (например, цементные заводы).
В последние годы активировались работы по метановому сбраживанию твердых бытовых отходов с получением биогаза и органических удобрений [5, 8].
В России обращение с большей частью отходов заключается в складировании, индустриальном захоронении (прессование в брикеты, герметизация брикетов в полиэтиленовой пленке и захоронение на значительную глубину), сжигании. Однако в стране имеется ряд высокотехнологичных отечественных разработок по экологически чистой безотходной переработке ТБО с получением энергии и полезных продуктов (например [7]). Это позволяет делать оптимистичные прогнозы использования ТБО в России.
Переработка осадка сточных вод
Распределение осадка сточных вод по направлениям утилизации в разных странах Европы и США показывает, что порядка 40% этого осадка используется в качестве удобрения в растениеводстве [2]. И это при достаточно жестких требованиях к осадку, обеспечивающих его безопасное применение в сельском хозяйстве [9, 10]. Основная трудность в практическом использовании осадка сточных вод в качестве топлива заключается в его высоком влагосо-держании. На обезвоживание первичного осадка сточных вод и избыточного активного ила станций водоочистки расходуется значительное количество энергии [2]. Осадки сточных вод могут служить самостоятельным топливом, если количество тепловой энергии, выделяемой при сжигании их органической части, достаточно для испарения содержащейся в них влаги. Практический опыт показал, что совмещение в одной технологической схеме предварительной сушки осадков и последующего сжигания в печи с кипящим слоем позволяет восполнить энергетические затраты на сушку теплом продуктов сгорания и при реализации определенных технологий (например, Putt-Art [11]) получить в качестве конечного продукта переработки ОСВ гранулированный материал с теплотой сгорания на уровне бурого угля или древесины (12-13 МДж/кг) [11]. Сжигание осадков городских сточных вод широко применяется в США, Германии, Франции, Японии и других странах. Определяется это тем, что сжигание ОСВ в специальных печах с кипящим слоем, многоподовых и циклонных печах имеет ряд преимуществ перед другими способами утилизации осадка сточных вод. Основные из этих преимуществ:
- уменьшение объема осадка за счет сжигания в 6-9 раз;
- возможность использования золы в качестве сырья для производства строительных материалов и в дорожном строительстве;
- возможность получения из золы фосфорных удобрений;
- получение альтернативного источника тепла и электроснабжения.
В России на одном из крупнейших водоочистных сооружений - на центральной станции аэрации (ЦСА) Санкт-Петербурга уже много лет успешно функционирует завод по сжиганию осадков с использованием печей с кипящим слоем. Пар котлов-утилизаторов полностью обеспечивает производственные и бытовые помещения ЦСА отоплением и горячим водоснабжением, коммерчески используется котельной для снабжения внешних потребителей. Правительство Москвы приняло решение о строительстве трех заводов по термическому обезвреживанию осадков, образующихся в процессе очистки воды [12]. До 2013 г. будут введены в строй заводы по сжиганию осадка сточных вод в Сочи и Ростове-на-Дону.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (114) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Другим эффективным методом получения энергии из осадков городских сточных вод является производство биогаза путем анаэробного сбраживания органической части этого осадка. В результате метанового сбраживания происходит обеззараживание осадка, существенное уменьшение биомассы на выходе метантенка, получение высокоэффективных удобрений [8]. Эти свойства анаэробного сбраживания осадка имеют большое практическое значение и обуславливают широкое применение процесса при переработке осадков сточных вод во всем мире. В структуре эксплуатационных затрат предприятия по очистке сточных вод расходы на энергию составляют более 50%. Для их покрытия может использоваться биогаз, образующийся в метантенке.
В январе 2009 г. на Курьяновских очистных сооружениях была запущена и успешно работает первая в России электростанция, работающая на биогазе, получаемом в метантенках биоэнергетической установки. Эта установка является автономным источником энергии для обеспечения 50% потребностей очистных сооружений и может обеспечивать безопасную работу станции при сбоях в энергосистеме или в случае масштабной аварии.
В целом мировой опыт показывает, что направление использования ОСВ определяется местными условиями: расходами на утилизацию, воздействием на окружающую среду, необходимостью получения энергии, удобрений и другими факторами. Естественно, что оценка экономического потенциала осадка сточных вод требует детального учета местных условий и качества образующихся биоэнергетических ресурсов.
Методика расчета
биоэнергетических потенциалов ТБО и ОСВ
Ресурсы биоэнергетики территории России - валовый, технический и экономический потенциал энергии биомассы - были оценены ранее в работе [13]. Там же были даны следующие определения ресурсов (потенциалов) возобновляемой энергетики. Валовый (теоретический) потенциал ВИЭ - годовой объем энергии, содержащийся в данном виде ВИЭ при полном ее превращении в полезно используемую энергию. Технический потенциал ВИЭ - часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию возможно при существующем уровне развития технических средств и при соблюдении требований по охране природной среды. Экономический потенциал ВИЭ - часть технического потенциала, преобразование которого в полезную используемую энергию экономически целесообразно при данном уровне цен на ископаемое топливо, тепловую и электрическую энергию, оборудование, материалы, транспортные услуги, оплату труда и т.д.
Данные, представленные в работе [13], являются результатом обработки обширного статистического материала начала 2000-х годов. При этом ресурсы
органических отходов населенных пунктов РФ -твердых бытовых отходов и осадков сточных вод -определяются численностью населения и были рассчитаны на основе данных Всероссийской переписи населения 2002 г. В апреле 2011 г. были обнародованы предварительные результаты Всероссийской переписи населения октября 2010 г. [14], и появилась возможность проведения оценки этих энергетических ресурсов с учетом произошедших демографических перемен.
Кроме того, за истекший период времени произошли изменения административно-территориального деления нашей страны. Так, в Приволжском федеральном округе 1 декабря 2005 г. проведено объединение Пермской области и Коми-Пермяцкого автономного округа и образован Пермский край. В составе Дальневосточного федерального округа (ФО) 1 июля 2007 г. образован Камчатский край в результате объединения Камчатской области и Корякского автономного округа. В Сибирском ФО 1 марта 2008 г. в результате объединения Читинской области и Агинского Бурятского автономного округа образован Забайкальский край. Из состава Южного ФО 19 января 2010 г. выделен Северо-Кавказский ФО. Все эти изменения административно-территориального деления страны были учтены нами при расчетах ресурсов (потенциалов) биомассы субъектов Российской Федерации.
Расчет энергетического потенциала ТБО
Расчет энергетического потенциала ТБО проводился по методике работ [13, 15]. Нормы образования твердых бытовых отходов принимались для городских жителей - 1,2 кг/чел-сут при влажности 50%; для сельских жителей - 0,52 кг/чел-сут (предполагается, что в сельской местности пищевые отходы используются для кормления домашних животных и птицы и не входят в состав отходов). Теплотворная способность ТБО принималась равной 0,2 т у. т. (нефтяного эквивалента) на одну тонну сухого вещества ТБО. Сухими считались бытовые отходы при влажности 50%. Тогда валовое количество ТБО, образующихся в регионе за год (Рвал),
Р _ население региона -1,2 • 365 вал 1000 т/год .
Валовый потенциал энергии ТБО (бвал) рассчитывался с учетом всего населения региона (в т у.т.):
бвал _ Рвал-0,2 т у. т.
Технический потенциал - в отличие от валового -рассчитывался с учетом различных норм образования отходов для населения городов и сельских жителей:
городск. насел. -1,2 + сельск.насел. • 0,52 Ртех _--365 ;
1000 т/год
бтех _ Ртех-0,2 т у. т./ГОД
Экономический потенциал рассчитывался по количеству ТБО для городского населения, так как в ближайшие годы, по-видимому, только ТБО городов могут быть переработаны.
Р _ городское население -1,2 • 365 ; эк 1000 т/год ;
бэк _ Рэк-0,2 т у. т./год.
Расчет энергетического потенциала ОСВ Количество осадков сточных вод и их энергетический потенциал рассчитывались по методике, приведенной в работе [15]. Принималось, что в сутки на одного человека образуется 0,26 кг осадков сточных вод при влажности 75%. Валовое и техническое количество ОСВ, образующегося в регионе за год (Рвал
и Ртех)*
Р _ население региона • 0,26 • 365 ; вал 1000 т/год ;
Р _ городское население • 0,26 • 365
Р тех
на одного человека, отсюда валовый потенциал энергии биомассы ОСВ:
0вал
население региона • 6,8 1000 т у. т./год
Технический и экономический потенциалы - это энергетический ресурс ОСВ только городского населения, так как предполагается, что в ближайшие годы только осадки городов могут быть использованы для получения энергии.
Qтех 0эк
городское население • 6,8 1000 т у. т./год
1000 т/год
Теплотворная способность 1 кг сухого осадка принималась равной 2000 ккал, или 6,8 кг у. т. в год
Результаты и их обсуждение
Полученные результаты были представлены нами в виде таблиц и карт распределения биоресурсов по территории России.
В табл. 1 представлены энергоресурсы твердых бытовых отходов и осадков сточных вод для федеральных округов России. Аналогичные оценки энергоресурсов получены для каждой области страны. Объем статьи не позволяет представить эти данные, которые в полном объеме размещены на сайте http://www.gis-vie.ru.
Таблица 1
Ресурсы (потенциалы) биомассы органических отходов административных округов РФ
Table 1
Organic waste biomass resources of RF administrative regions
Регион Численность постоянного населения, тыс. чел. Потенциал, тыс. т у.т.
ТБО ОСВ
всего городское сельское валовый технический экономический валовый технический экономический
РФ 142905,2 105318,0 37587,2 12518,50 10652,67 9225,86 971,76 716,16 716,16
Центральный ФО 38438,6 31261,6 7177,0 3367,22 3010,96 2738,52 261,38 212,58 212,58
Северо-Западный ФО 13583,8 11342,9 2240,9 1189,94 1078,70 993,64 92,37 77,13 77,13
Южный ФО 13856,7 8650,9 5205,8 1213,85 955,43 757,82 94,23 58,83 58,83
Северо-Кавказский ФО 9496,8 4666,7 4830,1 831,92 592,15 408,80 64,58 31,73 31,73
Приволжский ФО 29900,4 21179,6 8720,8 2619,28 2186,37 1855,33 203,32 144,02 144,02
Уральский ФО 12082,7 9658,2 2424,5 1058,44 938,09 846,06 82,16 65,68 65,68
Сибирский ФО 19254,3 13853,7 5400,6 1686,68 1418,59 1213,58 130,93 94,21 94,21
Дальневосточный ФО 6291,9 4704,4 1587,5 551,17 472,37 412,11 42,78 31,99 31,99
Вследствие особенностей используемой методики расчета потенциалов динамика ресурсов биомассы (ТБО и ОСВ) определяется только изменением численности населения регионов в случае валового потенциала и изменением городского населения при
подсчете технического и экономического потенциалов. Основные изменения численности населения регионов страны за 8 лет, прошедших со времени предыдущей переписи 2002 г., заключаются в следующем.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (114) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
Население России сократилось с 2002 г. на 2261,5 тыс. человек. При этом региональная динамика численности населения за межпереписной период была неоднородной - численность населения сократилась в 63 субъектах Федерации, а выросла в 20. В Центре и на Северо-Западе России выросло население агломераций городов федерального значения. Почти все регионы Поволжья потеряли население. На Юге и в Сибири выросло население республик с традиционно высокой рождаемостью (таких как Республика Дагестан, Чеченская Республика, Карачаево-Черкесская Республика, Республика Северная Осетия-Алания, Республики Алтай и Бурятия). На Урале сократилось население всех областей, за исключением Тюменской области, в состав которой стали входить автономные округа. Населения Дальнего Востока уменьшилось, а Якутии - возросло за счет повышения рождаемости титульного населения. Выросло
население Краснодарского края, Белгородской и Калининградской областей (за счет миграционного притока из бывших республик СССР). Следует отметить также, что за 2002-2010 годы численность городского населения России сократилась в абсолютном выражении на 1%, а его доля в структуре населения страны несколько увеличилась и составила 73,7 против 73,3 % в 2002 г. [14].
Этими изменениями числа жителей регионов, а также новым административно-территориального делением страны и определяются различия в оценках энергетического потенциала биомассы субъектов Федерации нашей и предыдущей работы [13]. Полученные результаты распределения валового энергопотенциала ТБО и ОСВ регионов России представлены на картах сайта http://www.gis-vie.ru. В данной работе мы представляем карту распределения экономического потенциала ТБО регионов России (рисунок).
Экономический потенциал ТБО по областям РФ The economic potential of municipal solid waste by regions of the Russian Federation
Экономический потенциал биоэнергетических ресурсов зависит от численности городского населения региона, т. е. от степени его урбанизации. Вследствие этого, как показано на карте, наибольшим потенциалом обладают наиболее урбанизированные старопромышленные территории вокруг Москвы и Санкт-Петербурга - Европейский центр и Северо-Запад, а также Северные и Северо-Восточные регионы нового освоения с экстремальными природными условиями, доля городского населения которых также достаточно высока. На аграрном Юге страны и в наименее развитых национальных республиках, слабо затронутых индустриализацией, доля городского
населения в большинстве субъектов РФ не превышает 40-60%, что и определяет здесь низкий экономический потенциал биоэнергетических ресурсов отходов ТБО и ОСВ.
С 2002 г. доля городского населения в общей численности несколько выросла и составила 73,7% (в 2002 году - 73,3%). Городским в РФ считается население, проживающее в 1100 городах (их число почти не изменилось - в 2002 г. в России насчитывалось 1098 городов) и 1286 поселках городского типа. Поселки городского типа - это небольшие поселения (215 тыс. жителей), образованные при промышленных или транспортных предприятиях, число которых не-
прерывно сокращается (в том числе с 2002 по 2010 г. в полтора раза) за счет административно-территориальных преобразований - включением в черту города или переводом в статус сельских поселений. Из 1100 городов 936 (85%) составляют города с численностью населения до 100 тыс. жителей. Особенностью России является то, что условия жизни населения в таких городах, также как и в поселках городского типа, не всегда соответствуют статусу города. В такой полуурба-низованной городской среде население ведет образ жизни, близкий к сельскому, что сказывается как на количестве образующихся отходов, так и на возможности их сбора и использования. Например, в таких городах система водоотведения часто бывает децентрализованной, что не позволяет оптимально переработать и использовать осадки сточных вод. Традиционно считается, что «реальные» города с диверсифицированной сферой приложения труда, относительно
развитой социальной инфраструктурой, преимущественно городским образом жизни начинаются со 100 тысяч жителей [16]. Поэтому нам представлялось целесообразным провести оценки биоэнергетического потенциала городов России с численностью 100 тысяч человек и более. В таких городах проживает преобладающая часть городского населения России (67%). Численность населения в них по сравнению с 2002 г. увеличилась почти на 2 млн человек.
Нами были проведены расчеты биоэнергетических ресурсов городов России с населением более ста тысяч человек. Статистические материалы и результаты расчетов - численность населения, биоэнергетические потенциалы твердых бытовых отходов и осадков сточных вод этих 164 городов России - также представлены в таблицах на сайте http://www.gis-vie.ru. В табл. 2 приводятся результаты для городов-«миллионеров».
Таблица 2
Биоэнергетические потенциалы ТБО и ОСВ городов России с численностью населения 1 млн и более
Table 2
Bioenergy potentials of municipal solid waste and sewage sludge by Russian cities with a population of 1 million or more
№ п/п Город-« миллионер» Численность населения, тыс. человек ТБО в год ОСВ в год
тыс. т тыс. т у.т. тыс. т тыс. т у.т.
1 Москва 11514,3 5043,3 921,1 1092,7 78,3
2 Санкт-Петербург 4848,7 2123,7 387,9 460,1 33,0
3 Новосибирск, Новосибирская обл. 1473,7 645,5 117,9 139,9 10,0
4 Екатеринбург, Свердловская обл. 1350,1 591,3 108,0 128,1 9,2
5 Нижний Новгород, Нижегородская обл. 1250,6 547,8 100,0 118,7 8,5
6 Самара, Самарская обл. 1164,9 510,2 93,2 110,5 7,9
7 Омск, Омская обл. 1154 505,5 92,3 109,5 7,8
8 Казань, Республика Татарстан 1143,6 500,9 91,5 108,5 7,8
9 Челябинск, Челябинская обл. 1130,3 495,1 90,4 107,3 7,7
10 Ростов-на-Дону, Ростовская обл. 1089,9 477,4 87,2 103,4 7,4
11 Уфа, Республика Башкортостан 1062,3 465,3 85,0 100,8 7,2
12 Волгоград, Волгоградская обл. 1021,2 447,3 81,7 96,9 6,9
Рентабельность энергетического объекта, использующего в качестве топлива отходы, зависит от многих причин. Согласно работе [6], наиболее подходящим местом для размещения предприятий по производству энергии из отходов (прямое сжигание ТБО с получением энергии) могут быть города с населением численностью 150-200 тысяч человек, и для обеспечения рентабельности таким предприятиям необходимо перерабатывать не менее 270 т отходов в сутки. Но и в малых и средних городах переработка отходов с получением энергии может быть выгодной
(эффективной) при наличии необходимой инфраструктуры и других условий. Так, в [7] было показано, что переработка отходов городов с населением от 30 тысяч человек по технологии НИИ Стромкомпо-зит позволяет получить тепловую и электрическую энергию в количествах, обеспечивающих функционирование различных производств (переработка лесоматериалов, производство строительных материалов, некоторых отраслей пищевой промышленности). Определяется мощность завода каждого производства, которую может обеспечить предла-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (114) 2012
© Scientific Technical Centre «TATA», 2012
гаемая технология переработки отходов города с заданной численностью населения. Таким образом, выбор оптимального направления использования энергетического потенциала отходов может обеспечить решение энергетических, экологических и социальных проблем региона.
Выводы
Получены оценки энергетических ресурсов ТБО и ОСВ субъектов Российской Федерации и городов с численностью населения 100 и более тысяч человек. При этом учитывались объемы твердых бытовых отходов и органические осадки только так называемых хозяйственно-бытовых стоков. Вследствие этого приведенные оценки объемов отходов и их энергосодержание следует рассматривать как оценку снизу для большинства регионов страны.
В дальнейшем для комплексной оценки ресурсов биомассы территории России предполагается аккумулировать статистические данные, провести расчеты и анализ количества отходов сельскохозяйственного производства, лесной и деревоперерабатываю-щей промышленности и их энергосодержания. В этом случае результаты оценок общих биоэнергетических ресурсов и их картографическое отображение может иметь принципиально другой характер.
При расчетах экономических энергопотенциалов ТБО и ОСВ регионов и страны в целом предлагается учитывать уклад жизни населения малых городов и поселков городского типа, который в большинстве случаев является практически «сельским», что, очевидно, проявится в снижении величин этих потенциалов по сравнению с ранними оценками [13], но приведет к более объективному отражению существующих реалий. Полученные данные о биоресурсах регионов России могут служить основой для предварительных аналитических оценок возможностей региона. Точную оценку биоэнергоресурсов для поселений такого типа следует проводить на основе инвентаризации отходов и с учетом существующей организационной и материально-технической базы населенного пункта (наличия централизованного сбора отходов и общей системы водоотведения). Направление использования отходов зависит от их качества и потребностей региона. Местные условия: расходы на утилизацию отходов, возможное воздействие на окружающую среду, потребность в энергии, удобрениях и другие факторы определяют способы использования как твердых бытовых отходов, так и осадка сточных вод.
Работа была выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры России» на 20092013 гг. ГК № 14.740.11.0096.
Список литературы
1. ГОСТ Р 52808-2007 «Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения».
2. http://lotosh.1gb.ru/fopp/txt/sevegeutil.pdf.
3. Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В. Биомасса как источник энергии // Вестник Российской Академии наук. 2010. № 1. С. 54-60.
4. Щеголькова Н.М. Утилизация азот- и фосфорсодержащих отходов в городе и проблемы развития биотопливной энергетики // Вода: химия и экология. 2012. № 2. С. 38-44.
5. Систер В.Г., Мирный А.Н. Анализ альтернативных методов обезвреживания мусора. http://www.methanetomarket.ru - Российский информ. центр по вопросам использования метана.
6. Биомасса как источник энергии. Под редакцией Соуфера С., Заборски О. Перевод с англ. М.: Мир, 1985.
7. Калинин В.И. Термическая утилизация ТБО. Концепция НИИ Стромкомпозит. Красноярск, 2006. www. Стромкомпозит.ги.
8. Панцхава Е.С., Беренгартен М.Г., Вайнштейн С. И. Биогазовые технологии. Проблемы экологии, энергетики, сельскохозяйственного производства. М.: Федеральное агентство по образованию РФ, МГУ Инженерной экологии, ЗАО «Экорос», 2008.
9. Трифонов П. Применение усовершенствованного энзимного гидролиза для обработки осадка сточных вод с целью его применения в качестве удобрения // ВодаMagazine. 2011. №4 (44). С. 44-47.
10. Стин Нильсен (Steen Nielsen) Использование тростниковых иловых площадок для обработки и сушки осадка // ВодаMagazine. 2011. № 4 (44). С. 32-36.
11. Зеликов Е. О технологии переработки осадков сточных вод Putt-Art // Аква-Терм. №5(39), 2007. www.aqua-therm.ru/articles/ articles_119.html.
12. Утилизация осадков сточных вод. http://www.mosvodokanal.ru.
13. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатели по территориям). Под редакцией Безруких П.П. М.: «ИАЦ Энергия», 2007.
14. Предварительные итоги Всероссийской переписи населения 2010 года. Статистический сборник. М.: ИИЦ «Статистика России», 2011.
15. Систер В.Г. и др. Твердые бытовые отходы. М.: Издатель АКХ, 2001.
16. Социальный атлас российских регионов. Расселение и этническая структура. Города и сельские поселения. http://www.socpol.ru.
