CC BY
27Разработка сценариев развития сектора обращения с твердыми коммунальными отходами в г. Хабаровске с использованием метода анализа материальных потоков
Волосникова Галина Александровна,
канд. техн. наук, доц., доцент кафедры экологии, ресурсопользования и безопасности жизнедеятельности, Тихоокеанский государственный университет, [email protected]
Басюк Полина Игоревна,
студент кафедры экологии, ресурсопользования и безопасности жизнедеятельности, Тихоокеанский государственный университет, [email protected]
Анализ современного состояния системы обращения с твердыми коммунальными отходами в городе Хабаровске позволил выявить ряд проблем, главными из которых являются недостаточно развитая инфраструктура отрасли обращения с отходами и отсутствие системы селективного сбора отходов населением. На уровне муниципалитета с учетом местных особенностей, морфологического состава отходов и доступности соответствующих технологий рассмотрены и подвергнуты сравнительной оценке возможные сценарии обращения с отходами. На первом этапе корректировки концепции обращения с отходами с позиций ресурсосбережения в качестве центра, объединяющего систему управления входными потоками отходов и образующегося вторичного сырья, рассмотрен мусоросортировочный комплекс. Альтернативные варианты обращения с отходами, связанные с модернизацией комплекса, представлены в виде схем движения материальных потоков. Для регулирования качества техногенного сырья на входе в технологический процесс сортировки мусора предложены усовершенствованные сценарии, представляющие собой постепенное усложнение системы сбора отходов населением и процессов их утилизации. Для каждого сценария выполнены расчеты материального баланса предлагаемого технологического процесса обработки и утилизации отходов. На первом этапе рекомендован к реализации наиболее экономичный вариант селективного сбора отходов населением по дуальной схеме. Предлагаемые мероприятия позволят поэтапно перейти к экологически безопасной эксплуатации объектов инфраструктуры, включая полигон для захоронения отходов. Ключевые слова: твердые коммунальные отходы, территориальная схема обращения с отходами, региональный оператор, ресурсосбережение, морфологический состав, вторичное сырье, анализ материальных потоков, сценарии обращения с отходами, селективный сбор, наилучшая доступная технология, сортировка, материальный баланс.
Введение и постановка проблемы. Решение вопросов ресурсосбережения и вовлечения отходов производства и потребления в хозяйственный оборот в качестве вторичных ресурсов на данном этапе социально-экономического развития России имеет первостепенное значение. В стране постепенно нарастает социальная напряженность, вызванная кризисом в сфере обращения с твердыми коммунальными отходами (ТКО). Непрерывный рост образования ТКО требует разработки и совершенствования систем управления отходами на уровне региона или муниципалитета. Современные технологические схемы обращения с ТКО базируются на принципе максимального использования ресурсного потенциала отходов, предполагающем исключение захоронения ценных фракций путем внедрения раздельного сбора и создания высокотехнологической инфраструктуры переработки вторсырья. Однако из-за низкого уровня финансирования отрасли соответствующая инфраструктура в регионах развита недостаточно.
В Хабаровском крае сложилась типичная для Российской Федерации система обращения с отходами. Территория субъекта РФ разделена на 13 зон деятельности региональных операторов. В основу действующей редакции территориальной схемы обращения с отходами [1] заложен территориальный принцип создания полигонов ТКО, базирующийся на муниципальных схемах санитарной очистки. Во исполнение распоряжения Правительства РФ от 25.07.2017 № 1589-р [2] для решения задач ресурсосбережения полигоны для захоронения отходов постепенно должны смениться современными инфраструктурными объектами: мусороперерабатывающими заводами, мусоросортировочными комплексами, мусороперегру-зочными станциями. Реформирование отрасли невозможно без включения в территориальную схему комплекса мероприятий по строительству, реконструкции и модернизации данных объектов, причем необходимый эколого-экономический эффект при их эксплуатации не может быть достигнут без внедрения системы селективного сбора отходов. На уровне муниципалитета с учетом местных особенностей, морфологического состава отходов и доступности соответствующих технологий рассматриваются и сопоставляются возможные сценарии обращения с отходами, начиная от их образования до получения полезных товарных продуктов, энергии и окончательного захоронения на полигоне неутилизируемых остатков.
Город Хабаровск в настоящее время находится на первом этапе реформы по обращению с отходами. Раздельный сбор ТКО в городе практически отсутствует. Доля отходов потребления, направляемых во вторичное использование, не превышает 3 %. Услуги по утилизации и обезвреживанию отходов оказывают компании ООО «Хабаровск-Тара», ООО «Промсер-вис», ООО «Планета», ООО «Радуга», ООО «Чистая планета», ИП Бахов С. К., ООО «Полимер-ДВ», ООО «Пласт-пром», ООО «Синтез-Восток». На переработку поступают макулатура, полимерные отходы, отходы черных и цветных металлов. Основными проблемами вторичного использования отходов являются сложность организации процесса разделе-
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м «
fO
es о es
оэ
о ш m
X
<
m о х
X
ния мусорного потока на составляющие, возможные для дальнейшего использования, и отсутствие рынка сбыта извлеченных компонентов.
Региональным оператором по обращению с ТКО в зоне деятельности № 1 Хабаровского края (городской округ «Город Хабаровск» и муниципальный район имени Лазо) является ООО «Хабавтотранс ДВ». Предприятие оказывает услуги по сбору, транспортировке, обработке и утилизации ТКО. Маршруты транспортировки ТКО в городе разделены по районам, компьютеризованы и логистически выстроены. Организация имеет более 80 мусоровозов: с боковой загрузкой марки Камаз для металлических контейнеров объемом 0,75 м3 и с задней загрузкой марки Mercedes для пластиковых евроконтейнеров объемом 1,1 м3. Мусоровозы оснащены системой ГЛОНАСС, фиксирующей передвижения спецтехники. Мощность межмуниципального полигона ТКО в районе им. Лазо, занесенного в государственный реестр объектов размещения отходов (ГРОРО), введенного в эксплуатацию в 2011 г. и рассчитанного на 50 лет эксплуатации, позволяет решать проблему размещения отходов городского округа «Город Хабаровск» (195 тыс. т/год) и муниципального района имени Лазо (10 тыс. т/год).
Отходы, образующиеся в муниципальном районе им. Лазо и Индустриальном районе города, сразу транспортируются на полигон для захоронения. Отходы с мест накопления, расположенных в Железнодорожном, Центральном, Кировском и Краснофлотском районах, сначала направляются на мусоро-перегрузочную станцию (МПС) «Северная» проектной мощностью 60 тыс. ТКО в год, запущенную в эксплуатацию в 2009 г. и находящуюся в ведении АО «Спецавтохозяйство». В сутки через МПС проходит около 300 т отходов. На МПС осуществляется перегрузка отходов из маневренных собирающих мусоровозов в большегрузные транспортные средства для дальнейшей транспортировки на полигон.
На территории МПС «Северная» имеется специальное оборудование для сортировки мусора производительностью 30 тыс. т отходов в год, позволяющее сортировать до 30 % отходов, которое в настоящее время простаивает. Проектом предусмотрена полуавтоматизированная обработка отходов: конвейерно-контрольная сортировка отходов и механизированная обработка вторичных ресурсов. В процессе сортировки возможно извлечение полимеров всех видов, включая поли-этилентерефталаты, макулатуру, текстиль, черный и цветной металлолом, смешанный стеклобой. Оборудование МСК включает: технологическую линию сортировки (10 конвейеров) мощностью 60 тыс. т/год; автоматический пресс YWQ280 на 50 т/смену; гидравлический пресс Y81F-125 мощностью 5 т/смену; гидравлический пресс YKC2-60-1 (для изделий из пластмасс) мощностью 3 т/смену; машину дробления и очистки EW4030 мощностью 1 т/ч; машину дробления PD8040 мощностью 1 т/ч; компактор с конвейерной системой модели 2500 SPH (2 шт.).
Сортировкой мусора на МПС «Северная» занимается ООО «Радуга». До 2015 г. компании удавалось реализовывать крупные объемы вторсырья (пластика, металла, макулатуры, полиэтилена) в КНР, однако после изменения китайского законодательства в плане запрета импорта отходов ситуация кардинально изменилась. На территории края удается продать лишь металл и картон. По причине значительного увеличения транспортных расходов объемы сортировки на МПС снизились в пять раз. В настоящее время организацией выбирается примерно 3 % от общего потока мусора в городе, значительная часть отобранного вторсырья складируется на территории станции.
В Индустриальном районе Хабаровска в 2017 г. построена и готова к вводу в эксплуатацию МПС «Южная» проектной мощностью 60 тыс. т/год ТКО и 30 тыс. т/год крупногабаритных
отходов (КГО), однако оборудование стоимостью 600 млн руб. южнокорейского производства пока простаивает. На МПС «Южная» также предусмотрена полуавтоматизированная обработка отходов. Сортировочная линия включает: двухваль-ный измельчитель модели IONIA IO-RK-WS-30-DHM-500 N IO-RK-04 мощностью 150 кг/ч; магнитный сепаратор типа СМПА 1200; ленточный Z-образный цепной транспортер KLZ 250010400-3000-1200-500-5700 мощностью 12 м3/ч; ленточный сортировочный транспортер КЛ 9321-1200-800 мощностью 25 т/ч. Линия компактирования состоит из горизонтального гидравлического компактора с подающим конвейером в количестве 2 ед. мощностью 80 т/ч.
Действующей редакцией территориальной схемы Хабаровского края в области обращения с отходами [1] запланирована модернизация мусоросортировочного комплекса (МСК) на МПС «Южная» в период 2023-2024 гг. с увеличением производственных мощностей по обработке ТКО. Станцию в настоящее время передают на баланс края. Проектом реконструкции предусмотрено создание автоматизированного сортировочного комплекса с элементами ручной сортировки, состоящего из 2 линий. В состав применяемого оборудования (на каждую линию) входят: разрыватель пакетов, кабина предварительной сортировки, барабанный грохот, оптический сканер, баллистический сепаратор, кабина ручной сортировки, пресс. Производственные мощности после модернизации сможет использовать региональный оператор по вывозу ТКО. Согласно национальному проекту «Экология», до 2024 г. в Хабаровском крае должно быть подвергнуто сортировке 19 % отходов. Ввод в эксплуатацию МПС «Южная» с модернизированным оборудованием позволит реализовать требования нацпроекта в полном объеме.
В Хабаровске функционируют пункты приема различных видов отходов, в т. ч. опасных: отработанных гальванических элементов, ртутьсодержащих отходов, автомобильных шин, бытовой техники, пластика, макулатуры, текстиля, стекла и металла. Вторсырье поступает предприятиям-переработчикам, с которыми сотрудничает региональный оператор. В 2011 г. российским отделением Greenpeace была создана и постоянно редактируется интерактивная карта Recyclemap, на которую нанесены пункты приема вторсырья на переработку.
Анализ современного состояния системы обращения с ТКО в Хабаровске позволил выявить ряд проблем: недостаточно развитая инфраструктура отрасли обращения с отходами, несовершенная система сортировки отходов на МСК и как следствие, низкая доля их переработки; чрезмерная нагрузка на МПС «Северная»; отсутствие системы селективного сбора отходов населением. Вывоз ТКО осуществляется со всей территории города протяженностью с севера на юг около 60 км. Значительная доля потока образующихся отходов направляется на единственную действующую МПС «Северная», в то время как для приема всего объема ТКО изначально планировалось запустить три мусороперегрузочные станции. Часть отходов города направляется непосредственно на полигон, без предварительной сортировки и уплотнения. Фактическое среднегодовое поступление ТКО на МПС «Северная» составляет более 130 тыс. т/год, что вдвое превышает проектную мощность станции. МПС работает за пределами своих возможностей, что приводит к износу оборудования, техники и дополнительным затратам на обслуживание.
Для обеспечения задач ресурсосбережения, безопасного обращения с отходами и снижения нагрузки на полигон необходима модернизация существующих мощностей по сортировке и обезвреживанию отходов в соответствии с потоками ТКО и внедрение сортировки всего объема отходов, поступающих на МПС. При планировании количества отходов, направляемых на захоронение, следует учитывать эффективность
сортировки и степень извлечения компонентов отходов. Перечисленные обстоятельства, актуальность и недостаточная разработанность теоретико-методологического аспекта проблемы определили выбор темы настоящего исследования, а также позволили сформулировать его цель и задачи.
Обзор ранее выполненных исследований. Первым шагом при разработке любой концепции является тщательный анализ существующей системы обращения с отходами, описание применяемых технологий для обезвреживания отходов, анализ основных требований природоохранного законодательства, исследование возможностей получения вторичного сырья и сбыта продуктов переработки, рассмотрение социально-экономических аспектов [3]. Оптимизацию процесса управления отходами необходимо проводить с учетом ресурсной ценности вторичных материалов (по критерию ресурсосбережения). На первом этапе оптимизации в качестве основного элемента, объединяющего всю систему управления потоками отходов и вторсырья в городе, целесообразно рассмотреть комплекс по сортировке ТКО. В настоящее время существуют следующие методы извлечения вторичного сырья из ТКО: сепарация, грохочение, ручная сортировка, оптическая сортировка и др. Существуют разнообразные технические решения процесса сортировки тКо на мСк. Часть из них отличается относительной простотой, низкими материальными затратами и содержит в своей основе использование ручной сортировки с некоторыми элементами автоматизации процесса. Другие, наоборот, сложны в эксплуатации, имеют большую технологическую цепь и требуют значительных затрат на этапе проектирования и строительства. Кроме сепарирования ТКО по фракционному составу применяются: разрыватели пакетов; пневматические сепараторы, выделяющие легкие пленочные фракции; баллистические сепараторы, разделяющие поток ТКО на объемный (тарный) и плоский (пленки, картон); оптико-механические сортировщики, состоящие из систем сканирования и систем выделения. Такие технологии позволяют распознавать вторичные материальные ресурсы (ВМР) на базе рентгеновского или инфракрасного излучения с дальнейшим их извлечением с помощью различного вида сепараторов [4].
Выбор варианта технологической схемы сортировки ТКО зависит от многих факторов: финансовых возможностей для проектирования и эксплуатации МСК; расположения МСК и размера промышленной площадки; заданной производительности; морфологического состава ТКО; фонового загрязнения территории. Доукомплектование комплекса ручной сортировки автоматизированными элементами позволяет значительно повысить процент извлечения ВМР из потока ТКО. Наибольшее распространение получила технология комплексной переработки ТКО, включающая обработку отходов на МСК с извлечением ВМР, компостирование органической фракции, производство топлива RDF и размещение «хвостов» на полигоне. Внедрение раздельного накопления ТКО позволяет значительно повысить степень отбора ВМР. Общая эффективность сортировки отходов, собранных по дуальной системе, оказывается в 2-3 раза выше, что позволяет увеличить выход ВМР с 4-5 % до 20 % и существенно повышает рентабельность МСК [4]. При использовании автоматической сортировки в качестве вторичного сырья можно выделить около 20 % ТКО, а в качестве компонентов для вторичного топлива - примерно 25 %. При отсутствии необходимости отбирать вторичное сырье в качестве компонентов вторичного топлива доля вторсырья, извлеченного из общего объема ТКО, может возрасти до 40 % [5].
В области совершенствования методов управления отходами производства и потребления все больше используются принципы «циркулярной экономики» (circular economy), или
«экономики замкнутого цикла». Ее развитие тесно связано с концепцией «наилучшей доступной технологии» (НДТ), позволяющей достичь высокой ресурсной и экологической эффективности производства при приемлемом уровне затрат на ее внедрение. В основу концепции управления отходами закладывается максимальное использование их ресурсного потенциала в результате механической, энергетической или биологической переработки. Ставится задача комплексной оценки отдельных технологических решений переработки и утилизации отходов с использованием методов оценки жизненного цикла (ОЖЦ) отходов и анализа материальных потоков (АМП) [6]. Сравнению подвергаются технологии, основанные на принципе «отходы в энергию», при которых возможно достижение чистого нулевого энергопотребления, или на принципе «отходы в продукцию», когда основной задачей переработки отходов является получение конечного продукта, свойства которого обеспечивают возможность его утилизации в интересах народного хозяйства или сводят к минимуму ущерб, наносимый окружающей среде при переработке и размещении [7].
В основе метода АМП лежит построение системы уравнений материального баланса, включающего входящие и выходящие потоки вещества. АМП удобно использовать при анализе потоков отходов при оценке их ресурсного потенциала и возможности вторичного использования, а также для прогнозирования негативного воздействия на объекты окружающей среды. Метод позволяет спрогнозировать потенциальные объемы и объекты загрязнения, а также наглядно отобразить движение материальных потоков [8]. В работе [9] представлены результаты оценки воздействия на окружающую среду с использованием метода ОЖЦ различных сценариев утилизации отходов для г. Иркутска с учетом экологических, экономических и социальных аспектов, разработаны рекомендации и предложения для поэтапной оптимизации системы управления ТКО. В ряде работ отечественных авторов, в т. ч. в статье И. В. Ильиных с соавторами [10] приведены результаты расчетов материального баланса процессов сортировки отходов.
Методика исследования. В качестве метода исследования использован нормативно-правовой и структурно-функциональный анализ экологических аспектов существующей системы управления ТКО в г. Хабаровске. Теоретической и методической основой работы послужили нормативно-правовые акты РФ и Хабаровского края в области обращения с отходами, техническая документация ООО «Хабавтотранс ДВ», результаты исследований отечественных авторов по вопросам создания систем управления отходами на муниципальном уровне, базирующихся на принципах ресурсосбережения, а также методологические принципы формирования интегрированных схем обращения с ТКО в городах. В качестве методов исследования применялись: анализ статистических данных, сравнительно-сопоставительный анализ, интерпретация и обобщение полученных данных, расчетно-аналитический метод, экспертная оценка и прогноз.
Цель исследования - разработка рекомендаций и предложений для поэтапной оптимизации системы управления ТКО на территории г. Хабаровска с позиций ресурсосбережения с учетом приоритетного развития мусоросортировочного комплекса, как центра, объединяющего систему управления входными потоками отходов и образующегося вторсырья. Для достижения цели проведена оценка существующего положения в области обращения с ТКО в Хабаровске, изучен опыт разработки и внедрения процесса сортировки отходов в городах Российской Федерации, разработаны и подвергнуты сравнительной оценке альтернативные сценарии организации се-
X X
о
го А с.
X
го m
о
2 О
м
CJ
м см
0 см
<0
01
о ш т
X
3
<
т О X X
лективного сбора отходов населением, предложены мероприятия, направленные на увеличение эффективности сортировки ТКО на МСК.
Полученные данные и их обсуждение. В рамках реализации муниципальной программы «Улучшение экологического состояния г. Хабаровска на 2021-2025 гг.» разработаны предложения по корректировке системы управления тКо в городе с использованием метода АМП. С учетом перспективных направлений развития города выполнена разработка альтернативных сценариев обращения с отходами в Хабаровске, отражающих различные варианты решений комплексного управления ТКО и предусматривающих поэтапное внедрение наилучших доступных технологий (НДТ) переработки и утилизации отходов, что позволит перейти к экологически безопасной эксплуатации объектов инфраструктуры, включая полигон ТКО. Сценарии представлены в виде схем движения материальных потоков. Для каждого сценария выполнен расчет материального баланса предлагаемого технологического процесса сортировки отходов. В качестве исходных данных для построения функциональной модели использованы результаты экспериментальных исследований состава и свойств ТКО в г. Хабаровске.
При проектировании систем сбора, утилизации, обезвреживания и размещения отходов в качестве наиболее важного аспекта необходимо учитывать морфологический состав отходов, от которого напрямую зависит их ресурсный потенциал, определяющий эффективность применения различных технологий сортировки. Количество обогатительных операций, их вид и последовательность в технологической схеме переработки отходов определяются закономерностями обогащения сырьевых материалов и задачами сортировки и зависят, главным образом, от морфологического и фракционного состава, влажности отходов [11 ]. Сведения о морфологическом составе ТКО необходимы при решении вопроса о целесообразности внедрения раздельного сбора отходов населением. Средний морфологический состав мусора в Хабаровске близок к среднестатистическому по РФ [12]. По данным морфологического состава определено количество каждого компонента в общей массе отходов (табл. 1). Фракционный состав отходов оказывает влияние на технологию и организацию сбора и транспортировки отходов, а также на параметры оборудования МСК. Крупность ТКО в городе, в основном, не более 0,4 м. Менее 5 % отходов составляют фракции с размерами 0,4-0,6 м. Среднегодовая плотность ТКО достаточно низкая - 0,118 т/м3, что объясняется высоким содержанием в мусоре упаковочных материалов - бумаги, картона и полимеров. Влажность ТКО - не более 40 %, влагоудерживающая способность достигает 54 %.
Таблица 1
Среднегодовой состав ТКО в Хабаровске и количество отдельных компонентов в общей массе отходов
Компонент Доля в составе ТКО по Масса, тыс.
массе, % т/год
Бумага, картон 40 82
Пищевые отходы 18 36,9
Дерево, листья 3 6,15
Полимерные отходы 10 20,5
Текстиль (х/б, шерсть) 3 6,15
Кожа, резина 1,8 3,69
Кости 2 4,1
Камни, керамика 2 4,1
Стекло 7 14,35
Черный металлолом 3 6,15
Цветной металлолом 0,2 0,41
Мелкий отсев (мельче 15 мм) 10 20,5
Итого 100 205
Для расчета количества вторсырья, которое можно извлечь из потока отходов при известном морфологическом составе, определены фракции, обладающие ресурсным потенциалом (бумага, картон, пластики, черные и цветные металлы), для которых развит рынок переработки. Степень отбора каждой фракции на соответствующей стадии технологического процесса установлена с использованием коэффициентов трансформации, определенных с учетом эффективности отбора линии сортировки для каждой фракции и представляющих собой процентное отношение массы выходящего потока к массе входящего, т. е. определяющих долю компонента, выходящего из системы на конкретной стадии [5]. Сумма коэффициентов трансформации равна 1.
Рассмотрены варианты ручной и автоматической сортировки отходов на МСК. Схема материального баланса движения отходов при ручной сортировке представлена на рис. 1. Исходные ТКО в количестве 205 тыс. т поступают на подающий конвейер, затем подвергаются грохочению с образованием двух фракций. Отходы размером менее 50 мм направляются на захоронение. Отходы размером более 50 мм поступают на ручную сортировку. Отсортированное сырье (макулатура, стекло, пластик и цветной металл) направляется на вторичное использование. Хвосты сортировки проходят через сепаратор, где отделяются черные металлы. Оставшиеся отходы поступают на захоронение. Таким образом, в результате сортировки возможно выделение 35,65 т вторичного сырья, 169,36 т отходов будут направлены на захоронение.
Подающий конвейер
13.10
Цветной металл
—ш—
Ьарабанный
Вторичное гкрье
Мишины й сепаратор
V ©
Черный
■нЗг*©
Рисунок 1 - Схема материального баланса движения отходов для варианта ручной сортировки
Традиционная схема сбора смешанных ТКО с последующим извлечением вторичного сырья на МСК характеризуется невысокими показателями выделения вторичного сырья и его низким качеством в результате загрязнения утильных фракций биоразлагаемыми компонентами. В связи с отсутствием в Хабаровске системы раздельного сбора мусора населением линии ручной сортировки, применяемые на сортировочном комплексе МПС «Северная», не способны обеспечить достаточный отбор вторсырья для его рентабельной работы. В хвостах сортировки присутствуют остаточные количества ВМР, которые могут быть повторно вовлечены в хозяйственный оборот, однако в настоящее время отправляются на полигон с полной потерей ресурсной ценности. Повысить процент отбора вторсырья и снизить объем отходов, направляемых на захоронение, можно путем усложнения технологического процесса. Технологическая схема предлагаемого варианта модернизации МСК заключается в добавлении в существующий комплекс новых элементов, благодаря которым можно повысить процент отбора ВМР из общего потока ТКО и перейти к более современному виду сортировки - автоматической.
На современных линиях сортировки для определения материала ТКО используются системы оптических датчиков и сенсо-
ров. Примером автоматической сортировки являются технологические линии производства TITECH GmbH (Германия). Оборудование характеризуется высокой степенью отбора материалов, что достигается при помощи системы двойного сканирования каждого потока [13]. Схема оптической сортировки в виде материальных потоков движения отходов представлена на рис. 2. При оптической сортировке поток исходных отходов в количестве 205 тыс. т подается на конвейер и попадает в машину для разрыва пакетов. Далее отходы подвергаются грохочению на сите с диаметром ячеек 280 мм, где отделяются крупные фракции, которые измельчаются в дробилке, а затем возвращаются в общий поток. Из мелкой фракции вручную выбирается стекло. Отходы размером менее 280 мм поступают на барабанный грохот. В результате образуется два потока отходов, подвергаемых магнитной сепарации. В потоке отходов с фракцией менее 50 мм происходит отделение черных металлов от потока, подлежащего захоронению. В потоке отходов размером 50-280 мм в результате сепарации отделяются черные и цветные металлы. После отделения металлов поток подвергается оптической сортировке разных видов пластика, в результате выделяются полипропилен РР, полиэтилентерефта-лат РЕТ; полиэтилен высокой плотности HDPE. Оставшиеся отходы подвергаются баллистической сепарации, из них 87,37 т направляется на захоронение, а на дополнительную оптическую сортировку поступает 25,35 т отходов, в результате чего отделяется полиэтиленовая пленка и недифференцированные неутили-зируемые отходы, подлежащие захоронению.
cctupiiop
I Мм ©
-©
© © О © О
Рисунок 2 - Схема материального баланса движения отходов для варианта оптической сортировки
Расчет материального баланса применяемой и предлагаемой схем сортировки ТКО на МСК показал, что выход вторичного сырья после ручной сортировки составляет 35,7 т/год, после оптической - 64,8 т/год. Таким образом, предлагаемая схема оптической сортировки позволит повысить процент отбора ВМР с 17,4 % до 31,6 %. Результаты расчета разделения общего потока отходов по материалам для вторичного использования для двух сравниваемых вариантов представлены в табл. 2.
Таблица 2
Вид вторичного сы- Количество извлекаемого вторичного сырья
рья (тыс. т/год) при разных видах сортировки
ручная оптическая
Макулатура 17,8 23,9
Стекло 13,1 12,8
Пластик 1,0 14,8
Черный металл 2,5 9,3
Цветной металл 1,3 4,0
Итого 36,7 64,8
Предлагаемый к внедрению процесс сортировки отходов обладает рядом технологических преимуществ. Прохождение потока ТКО через разрыватели пакетов позволит получить равномерно распределенный на линии конвейера поток, пригодный для дальнейшей сортировки без дополнительного ворошения и привлечения персонала. Благодаря трем различным сепараторам (барабанному, оптическому и баллистическому) поток ТКО разделяется на ряд фракций, направляемых на посты контроля качества, что позволяет произвести более полный отбор ВМР. Магнитные сепараторы позволят избавиться от металлических включений. Экологические преимущества заключаются в уменьшении массы и объемов размещаемых отходов и, как следствие, в снижении эмиссий биогаза в атмосферу и объемов образования фильтрационных вод, а также в снижении поступления в окружающую среду токсичных соединений (тяжелых металлов и т. п.). Экономические преимущества заключаются в продлении срока эксплуатации объектов размещения отходов и возможности выделения и реализации ВМР.
Необходимым условием самоокупаемости комплекса является направление на сортировку отходов, достаточно обогащенных ценными компонентами. Установлено, что доходы от реализации вторсырья превышают расходы на сортировку при выходе полезной продукции более 10 % от исходного [14]. При сортировке смешанных ТКО объем извлечения ВМР, пригодных к повторному использованию, составляет в зависимости от сезона не более 10-15 % от общего объема поступающих отходов, остальной объем ТКО образует балластную часть и вывозится на захоронение. Такой процент выхода продукции не покрывает эксплуатационные затраты и приводит к убыточности деятельности регионального оператора [15]. Для повышения экономической эффективности утилизации отдельных групп отходов необходимо предусмотреть регулирование качества техногенного сырья на входе в технологический процесс сортировки мусора, то есть организацию селективного сбора отходов населением города.
Моделирование альтернативных сценариев сектора обращения с ТКО в Хабаровске проведено с использованием данных, предоставленных администрацией города и полученной из официальных источников статистической информации. Предлагаемые сценарии являются более экологически чистыми по сравнению с существующей практикой, главным образом благодаря кредитам [16], связанным с восстановлением ВМР и появлением дополнительных источников энергии. В качестве базового сценария № 1 использованы первичные данные о фактическом обращении с ТКО в Хабаровске (на существующее положение). В настоящее время сбор отходов осуществляется без предварительного разделения, то есть весь поток смешанных отходов в количестве 205 тыс. т в год направляется на полигон для захоронения. Незначительное количество (около 3 %) фактически перерабатываемых в настоящее время отходов в зоне действия регионального оператора № 1 в данном сценарии не учитывается.
Предлагаемые усовершенствованные сценарии представляют собой постепенное усложнение системы сбора отходов и процессов их утилизации. Проведен сравнительный анализ нескольких альтернативных вариантов раздельного сбора и переработки ценных фракций ТКО и утилизации остаточных (неутилизируемых) отходов: разделение ТКО на два потока («сухие» и «влажные») населением в местах образования (дуальная схема сбора отходов) с последующей сортировкой утилизируемых «сухих» фракций на МСК и/или сжиганием горючей фракции на мусоросжигательных установках (сценарий № 2); дополнительное выделение потока органических отходов с последующим компостированием и депонированием «хвостов» (сценарий № 3); селективный сбор отходов населением
X X
о го А с.
X
го m
о
ю
2 О
м
CJ
fO CS
0
CS
<0
01
о ш m
X
3
<
m О X X
с выделением четырех фракций ценных компонентов (бумага, пластики, стекло, черный и цветной металл) с последующей сортировкой (доводкой) на МСК и механико-биологической обработкой (МБО) остаточных отходов с выделением высококалорийной фракции в виде топливных энергетических брикетов RDF (сценарий № 4). Результаты расчета материального баланса процессов сортировки отходов для рассматриваемых сценариев представлены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительная оценка альтернативных сценариев раздельного
№ сце- Компост, Высококалорий- Деловая часть Неделовая
нария тыс. т/год ная фракция отходов, тыс. часть отходов
(топливо RDF), т/год (на захороне-
тыс. т/год ние), тыс. т/год
1 - - - 205
2 - - 50,104 154,896
3 24,6 - 50,104 130,896
4 - 23,104 103,320 78,576*
* Отходы после механико-биологической обработки
Предлагаемые сценарии подвергнуты сопоставлению с существующей системой управления отходами для оценки общего экологического эффекта от их внедрения. При неполном раздельном сборе с выделением двух потоков смешанных отходов (сценарий № 2) не отбирается фракция отходов, пригодная для компостирования, захоронение ее на полигоне приводит к биодеградации с обильным выделением фильтрата и биогаза. Сценарий требует наименьших капиталовложений и наиболее прост в реализации, но при этом обеспечивает минимальный возврат полезной продукции в хозяйственный оборот. Дополнительное выделение потока органических отходов (сценарий № 3) даст возможность направить их на объекты компостирования. Неполный раздельный сбор ТКО с выделением четырех фракций (сценарий № 4) позволит максимально использовать ресурсный потенциал отходов, однако реализация такого варианта потребует значительных финансовых затрат. Как видно из таблицы, при постепенной реализации предлагаемых сценариев масса отходов, направляемых на захоронение, значительно уменьшается, причем по сценарию № 4 на полигон будут направляться обезвреженные отходы после механико-биологической обработки. Повышенный уровень отбора ВМР и производство RDF позволяют снизить долю размещения с 63,9 % до 38,3 %, что наиболее полно удовлетворяет национальным целям по доле размещаемых остатков ТКО (не выше 50 %), а также дополнительно вернуть в хозяйственный оборот полезную продукцию массой 103,32 тыс. т в год. Таким образом, постепенный переход на трех-, а затем на четырехкомпонентный принцип раздельного сбора ТКО позволит существенно снизить объемы захоронения отходов на полигоне, актуализировать процесс компостирования, стимулировать сортировку ТКО с извлечением из них ВМР.
На первом этапе для г. Хабаровска рекомендуется к реализации наиболее экономичный и реалистичный вариант коллективно-селективного сбора отходов по дуальной схеме (сценарий № 2), когда полная сортировка населением всех ТКО на местах образования не предусматривается. Неутилизируемые фракции отходов, в том числе биоразлагаемые (влажные) сразу вывозятся на захоронение, минуя МСК. Следует осуществлять вывоз отходов жилого и нежилого сектора разными мусоровозами, тогда в городе образуется три потока ТКО: отходы нежилого сектора, вторсырье контейнерного сбора у населения, остаточные отходы жилого сектора. На МСК будет осуществляться покомпонентная сортировка (доводка) собранного у населения вторичного сырья, содержащего значительное количество примесей. Там же будет осуществляться
и подготовка вторсырья к последующей переработке (пакетирование, брикетирование, складирование, централизованный сбыт). Это позволит сократить поток отходов, направляемых на полигон, на 25 %.
Выводы. Ежегодно в зоне действия регионального оператора № 1 (на территории городского округа «город Хабаровск» и в муниципальном районе имени Лазо) образуется около 205 тыс. т ТКО. Существующая система обращения с отходами в Хабаровске подразумевает размещение на лицензированном полигоне практически всей массы образующихся ТКО. Доля отходов потребления, направляемых на вторичное использование, не превышает 3 %. Фактическое среднегодовое поступление ТКО на единственную действующую в городе МПС «Северная» составляет более 130 тыс. т/год, что вдвое превышает ее проектную мощность. Отсутствие объектов обработки отходов не позволяет включать сырье во вторичный цикл использования. Действующей редакцией территориальной схемы обращения с отходами в Хабаровском крае предусмотрена модернизация МСК на МПС «Южная» с внедрением высокотехнологичной сортировочной линии. Альтернативные сценарии обращения с отходами в Хабаровске, связанные с модернизацией МСК, представлены в виде схем движения материальных потоков. Для регулирования качества техногенного сырья на входе в технологический процесс сортировки мусора предложены и подвергнуты сравнительному анализу варианты организации селективного сбора отходов населением. На первом этапе рекомендуется к реализации наиболее экономичный вариант селективного сбора отходов по дуальной схеме. Предлагаемые меры по оптимизации системы управления отходами в Хабаровске позволят снизить нагрузку на полигон и окружающую среду. Результаты исследования могут послужить научной основой для разработки стратегии и тактики улучшения экологической ситуации в области обращения с отходами на территории г. Хабаровска.
Литература
1. Об утверждении территориальной схемы обращения с отходами Хабаровского края: постановление Правительства Хабаровского края от 20 декабря 2016 г. № 477-пр (с изменениями на 13 марта 2023 года). URL: http://www.consultant.ru
2. Об утверждении перечня видов отходов производства и потребления, в состав которых входят полезные компоненты, захоронение которых запрещается: распоряжение Правительства РФ от 25.07.2017. № 1589-р. URL: http://www.consultant.ru
3. Каацке Ю. и др. Разработка долгосрочной концепции обращения с твердыми бытовыми отходами в г. Ханты-Мансийске //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. - 2012. -№. 3. - С. 24-38.
4. Вайсман Я. И. и др. Управление отходами. Сбор, транспортирование, прессование, сортировка твердых бытовых отходов //Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. -2012.
5. Базылева Я. В. и др. Анализ перспектив извлечения материального и энергетического потенциала из потоков твёрдых бытовых отходов //Теоретическая и прикладная экология. - 2013. - №. 1. - С. 61-66.
6. Комплексное устойчивое управление отходами. Жилищно-коммунальное хозяйство: учебное пособие / О. В. Уланова и др.; под общ. ред. О. В. Улановой. М.: Издательский дом Академии Естествознания. - 2016. - 520 с.
7. Слюсарь Н. Н., Фирюкова П. И. Разработка модели обращения с твердыми бытовыми отходами в г. Перми на основе метода анализа материальных потоков //Отходы: экология,
технология, ресурсосбережение: материалы VI междунар. форума по управлению отходами и природоохранными технологиям «Вэйстэк-2009. - 2009. - С. 196-199.
8. Филькин Т. Г., Базылева Я. В., Коротаев В. Н. О перспективах применения анализа материальных потоков (MFA-material flow analysis) в сфере управления отходами //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. - 2012. - №. 3. - С. 49-61.
9. Уланова О. В. Оценка жизненного цикла интегрированных систем управления отходами / О. В. Уланова, А. В. Тулохонова. М.: Изд. дом Академии Естествознания. - 2013. - 204 с.
10. Ильиных Г. В., Устьянцев Е. А., Вайсман Я. И. Построение материального баланса линии ручной сортировки твердых бытовых отходов // Экология и промышленность России. - 2013. - № 1. - С. 22-25.
11. Шубов Л. Я., Ставровский М. Е., Шехирев Д. В. Технологии отходов (Технологические процессы в сервисе): Учебник //ГОУВПО «МГУС. - 2006. - С. 58.
12. Будник Ю. С., Волосникова Г. А. Совершенствование системы обращения с твердыми бытовыми отходами в Хабаровске //Ученые заметки ТОГУ. - 2014. - Т. 5. - №. 1. - С. 112.
13. Слюсарь Н. Н., Борисов Д. Л., Григорьев В. Н. Разработка комплексной технологической схемы сортировки твердых бытовых отходов //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. - 2011. - №. 3. - С. 75-82.
14. Шубов Л. Я., Ставровский М. Е., Олейник А. В. Технология твердых бытовых отходов. - М.: АльфаМ: ИНФРА-М, 2011. - 396 с.
15. Шубов Л. Я., Доронкина И. Г., Борисова О. Н. Оптимизация процессов управления твердыми бытовыми отходами как единая технологическая и экономическая система //Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса. - 2009. - №. 4. - С. 24-32.
16. ГОСТ Р ИСО 14040-2010. Экологический менеджмент. Оценка жизненного цикла. Принципы и структура: приказ Ро-стехрегулирования от 25.03.2010 № 39-ст. URL: http://www.consultant.ru
Development of scenarios for the development of the municipal solid waste management sector in Khabarovsk using the material flow analysis method Volosnikova G.A., Basyuk P.I.
Pacific Statе University
JEL classification: D20, E22, E44, L10, L13, L16, L19, M20, O11, O12, Q10, Q16, R10, R38, R40, Z21, Z32_
An analysis of the current state of the municipal solid waste management system in the city of Khabarovsk revealed a number of problems, the main of which are the underdeveloped infrastructure of the waste management industry and the lack of a system for selective waste collection by the population. At the level of the municipality, taking into account local characteristics, the morphological composition of waste and the availability of appropriate technologies, possible scenarios for waste management are considered and subjected to a comparative assessment. At the first stage of adjusting the concept of waste management from the standpoint of resource saving, a waste sorting complex was considered as a center that unites the system for managing the input flows of waste and the resulting secondary raw materials. Alternative options for waste management associated with the modernization of the complex are presented in the form of schemes for the movement of material flows. To regulate the quality of technogenic raw materials at the entrance to the technological process of sorting waste, improved scenarios are proposed, which represent a gradual complication
2.
3.
of the waste collection system by the population and the processes of their disposal. For each scenario, calculations of the material balance of the proposed technological process for the processing and disposal of waste were performed. At the first stage, the most economical option for selective waste collection by the population according to the dual scheme was recommended for implementation. The proposed measures will make it possible to gradually move to an environmentally safe operation of infrastructure facilities, including a landfill for waste disposal.
Keywords: municipal solid waste, territorial waste management scheme, regional operator, resource saving, morphological composition, secondary raw materials, material flow analysis, waste management scenarios, selective collection, best available technology, sorting, material balance. References
1. On approval of the territorial waste management scheme for the Khabarovsk Territory: Decree of the Government of the Khabarovsk Territory dated December 20, 2016. n 477-pr (as amended on March 13, 2023). URL: http://www.consultant.ru
On approval of the list of types of production and consumption waste, which include useful components, the disposal of which is prohibited: Order of the Government of the Russian Federation dated July 25, 2017. No. 1589-r. URL: http://www.consultant.ru
Kaacke Yu. et al. Development of a long-term concept for handling solid household waste in Khanty-Mansiysk // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Ur-banistics. - 2012. - no. 3. - S. 24-38. Weisman Ya. I. et al. Waste management. Collection, transportation, pressing, sorting of solid household waste // Perm: Publishing House of Perm. nat. research polytechnic university - 2012.
Bazyleva Ya. V. et al. Analysis of the prospects for extracting material and energy potential from solid waste streams // Theoretical and applied ecology. - 2013. -no. 1. - S. 61-66.
Integrated sustainable waste management. Housing and communal services: textbook / O. V. Ulanova et al.; under total ed. O. V. Ulanova. M.: Publishing House of the Academy of Natural Sciences. - 2016. - 520 p. Slyusar N. N., Firyukova P. I. Development of a model for handling solid household waste in Perm based on the method of analyzing material flows // Waste: ecology, technology, resource saving: materials of the VI Intern. forum on waste management and environmental technologies "Waistek-2009. - 2009. - S. 196-199.
Filkin T. G., Bazyleva Ya. V., Korotaev V. N. On the prospects for the application of material flow analysis (MFA-material flow analysis) in the field of waste management // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Urbanistics. - 2012. - no. 3. - P. 49-61.
Ulanova O.V., Tulokhonova A.V. Life cycle assessment of integrated waste management systems. M.: Ed. house of the Academy of Natural Sciences. -2013. - 204 p.
Ilyinykh G. V., Ustyantsev E. A., Vaysman Ya. I. Construction of the material balance of the manual sorting line for solid domestic waste // Ecology and Industry of Russia. - 2013. - No. 1. - P. 22-25.
Shubov L. Ya., Stavrovsky M. E., Shekhirev D. V. Waste technologies (Technological processes in service): Textbook // GOUVPO "MGUS. - 2006. - S. 58.
Budnik Yu. S., Volosnikova G. A. Improving the system for handling solid household waste in Khabarovsk // Scientific notes of TOGU. - 2014. - T. 5. - No. 1. - S. 1-12.
Slyusar N. N., Borisov D. L., Grigoriev V. N. Development of a complex technological scheme for sorting municipal solid waste // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Urbanistics. - 2011. - no. 3. - P. 7582.
Shubov L. Ya., Stavrovsky M. E., Oleinik A. V. Technology of solid household waste. - M.: AlfaM: INFRA-M, 2011. - 396 p.
Shubov L. Ya., Doronkina I. G., Borisova O. N. Optimization of solid household waste management processes as a single technological and economic system // Bulletin of the association of universities of tourism and service. - 2009. - no. 4. -S. 24-32.
GOST R ISO 14040-2010. Environmental management. Life cycle assessment. Principles and structure: order of Rostekhregulirovanie dated March 25, 2010, No. 39-st. URL: http://www.consultant.ru.
6.
7
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м
CJ
