CC BY
49Раздел 4. Региональные проблемы природопользования и строительства
УДК 711.8
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЛИГОНА «ГУСИНОБРОДСКИЙ» В
Г. НОВОСИБИРСК
12 3
Карелин Д.В. , Шпакович Е.А. , Домрачева А.И.
1 Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), ФГБОУ ВО НГАСУ,
630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, е-mail: 1 [email protected], 2 [email protected],
Аннотация. Данная статья посвящена решению актуальной и очень важной проблемы не только для Новосибирской агломерации, но и для всей Российской федерации в целом. На основе изученных ранее методов и способов рекультивации выявлены наиболее оптимальные способы термической переработки твердых коммунальных отходов (далее ТКО) и предложены пути решения, обусловленные экономической целесообразностью и экологической безопасностью. На основании проведенных укрупненных расчетов, предложен сравнительный анализ технологий переработки на основе глубокого пиролиза с применением колосниковых решеток и плазмотермических реакторов. В структуре аналитической части введена градация прогнозов развития событий.
Ключевые слова: полигон ТКО, экологическая безопасность, рекультивация, колосниковые решетки, термическая переработка.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время, существующая система сбора и динамика роста муниципальных полигонов города Новосибирска за весь период эксплуатации полигонов МУП «Гусинобродский» САХ, МУП «Левобережный» САХ», ООО «Новосибвторресурс», ГУП «ЖКХ ННЦ» демонстрирует отсутствие эффективной системы управления ТКО [1].
Актуальность, важность исследования данной тематики, а так же удачные примеры и мировой опыт рекультивации полигонов ТКО приводятся в работе Е.А. Шпакович и Д.В. Карелина [2].
К 2018 году полигоны ТКО фактически исчерпали свои возможности. Следует так же принять во внимание, что все полигоны ТКО находящиеся в Новосибирской агломерации являются несанкционированными, с отсутствием лицензии на хранение и переработку отходов. Необходим поиск альтернативных вариантов складирования отходов ТКО, а существующие территории полигонов постепенно выводить из эксплуатации с последующей рекультивацией и совершенствованием системы качественного использования ТКО.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ; МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ
Исследованию темы рекультивации полигонов ТКО посвящены многие труды отечественных и зарубежных ученых.
Огромнейший вклад в развитие научно-практической базы по эксплуатации полигонов захоронения и системы управления ТБО вложили такие ученые как Н.Ф. Абрамов, Букреев Е.М., Корнеев В.Г., Я.И. Вайсман, А.Н. Тугов, И.С. Тихоцкая, Luca DEDE', Yaws, Rem Koolhaas и др.
Выполненные ими исследования и эксперименты позволяют погрузиться в данную тему и создают предпосылки для рассмотрения полигона ТБО как важнейшего объекта городского и сельского планирования. Достаточно большое количество работ свидетельствует о высоком научном интересе и практической заинтересованности в формировании комфортной и экологически безопасной городской среды.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью данной статьи является анализ альтернативных вариантов рекультивации. В работе выявлен наиболее эффективный метод рекультивации. На основе полученных сведений будут проанализированы перспективы адаптации ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий переработки ТКО. Которые позволят дополнить существующую теоретическую базу, на которую в дальнейшем могут ссылаться другие авторы при дальнейших исследованиях, а также использоваться в качестве рекомендации при рекультивации полигонов ТКО в Новосибирской агломерации.
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
Одним из вариантов проектирования являлся нулевой цикл или же отказ от деятельности. В стратегии социально-экономического развития города Новосибирска на период 2017-2030 гг., предусмотрено эксплуатация Гусинобродского полигона до 2019 года, выведение из эксплуатации — в 2020 году, рекультивация — в течение 2020-2026 годов [2]. Таким образом, мощности полигона хватит всего на один год. Эксплуатация территории сверх нормы может привести к наиболее важной и сложной экологической проблеме, решением которой необходимо заняться в первую очередь с целью снижения уровня экологической опасности в Новосибирской агломерации.
Наличие полигонов ТБО негативно воздействуют на экологическую ситуацию в мире и жизнь горожан. Загрязнение атмосферы парниковыми газами, грунтовых вод и периодическое возгорание отходов - вот одни из распространенных проблем [3].
Улучшения общественной гигиены, условий жизни населения, становление здоровой и комфортной городской среды, все это повышает Новосибирскую область на существенно новый уровень, способствует повышению престижа и увеличения туристического потока. Соответственно требуется технология, которая позволит минимизировать экологический ущерб.
Первоочередной задачей на данном этапе, является глубокая переработка отходов поступающих на захоранивание и сокращение объемов, накопленной массы
Существуют различные по своей технологии методы рекультивации [4]. В данной статье мы рассматриваем термическую переработку отходов ТКО, накопленные в существующих границах полигона с последующей рекультивацией нарушенных земель.
Отказ от строительства завода приведет к необходимости организации новых полигонов для захоронения отходов ТКО. Однако, на территории Новосибирской области, количество участков пригодных к размещению полигонов крайне мало. Данный метод переработки отходов ТКО считается нецелесообразным для данного региона и морально устаревшим.
Отказ от реализации проекта противоречит планам по исполнению федерального закона от 23.11.2009 п 261-фз (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты российской федерации» по повышению эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии. Таким образом, в данной статье нулевой вариант не рассматривается.
Вторым предполагаемым вариантом является вариативность технических и технологических решений.
Использование колосниковых решеток и плозмотермических реакторов. Варианты были сравнены с целью выявить более выгодный в стоимостном эквиваленте, а так же энергоэффективности (результат анализа см. таблицу 2)
Данный вариант предполагает создание производственной инфраструктуры по переработке твердых коммунальных отходов, а также открытие производства, в основе деятельности которого лежит рециклинг продуктов: тротуарной плитки, строительных и отделочных конструкций, экологически чистого утеплителя, упаковочной тары, компоста и др.
Внедряемая технология переработки отходов дает возможность вернуть в оборот ценные вторичные ресурсы (бумагу, черные и цветные металлы, картон, пластмассу, стекло), сократить количество мусорных полигонов и свалок, упростить складирование отходов. Проект имеет немаловажное экономическое и экологическое значение.
Исходные данные:
- Объём поступаемых отходов 1,78 млн м3 в год
- Площадь полигона «Гусинобродский» примерно равна 49 га
- Емкость полигона 107,7 млн м куб
Таким образом, можно посчитать емкость полигона с учетом коэффициента уплотнения:
V = V • к, м3 (1)
где V - объем размещаемых отходов, м3;
к - коэффициент естественной уплотняемости толща свалочного тела, равный 1,25.
V = 107,7-106 • 1,25 = 134625000 м3
При расчетной плотности складируемого мусора рс=0,415 т/м3 на территории полигона хранится:
т = V р, (2)
т = 134625000•0,415 =55869375 т
Подводя итог, на полигоне накоплено примерно 55869375 тонн отходов. Предположим, что для переработки отходов данного полигона будут использоваться установки с сроком эксплуатации 5 лет. Тогда, при условии, что каждый год к имеющимся отходам добавляется 1,78-106 м3/год, за пять лет это составит 890000 м3 или 3693500 т.
Исходя из вышесказанного, всего на переработку необходимо направить 59562875 тонн отходов.
Вся масса отходов, ежедневно выбрасываемых населением, состоит из 25% пищевых отходов, 10% -бумаги, 50% - полимеров, остальное приходится на текстиль, металл, стекло и резину.
Полигон ТБО: бумага и картон - 35 %, пищевые отходы - 41 %, пластмассы - 3 %, стекло - 8 %, металлы - 4 %, текстиль и другое - 9 %.
При сжигании на колосниковых решетках отсортировываем стекло и металлы, т. е. примерно 12% отходов.
Таблица 1.
Количество энергии, получаемой при сжигании имеющихся твердых коммунальных отходов (ТКО) с учетом
сортировки
Теплота сгорания Процент от всей массы Масса фракции Расчетное получаемой эне количество при сжигании ргии
кКал/кг кДж/кг % т кКал кДж
Бытовой мусор 4650 19700 41 24420778,75 113556621,2 481089341,4
Бумага 4150 17600 35 20847006,25 86515075,94 366907310
Обрезки ткани, лоскуты 4200 17800 9 5360658,75 22514766,75 95419725,75
ПВХ, куски и обрезки 6250 26500 3 1786886,25 11168039,06 47352485,63
Итого: 88 233754502,9 990768862,8
Вывод: Общая энергоемкость полигона 990768,9 МДж. В среднем на тонну отходов 0,0166 МДж/т.
При использовании колосниковых решеток получаем 990768,9 МДж энергии, тогда с учетом кпд установки на выходе 743076,7 МДж.
При использовании плазменных технологий ТБО не подвергаются сортировке. Тогда всего на переработку необходимо направить 59562875 тонн отходов. При средней теплотворной способности 11 МДж/кг, получится 595628,75 МДж. Тогда при использовании плазмотермических реакторов: кпд равен 80%, т.е. количество полученной энергии при сжигании имеющихся отходов 5241533 МДж.
При учете, что теплотворную способность рассчитывается как средняя величина по выполненным расчетам (табл. 1), то при использовании плазмотермических реакторов с кпд 80%, получится 972066,12 МДж энергии.
- Установки принимаем для работы круглосуточно без перерывов.
- 119125575 тонн ТБО надо сжечь в год.
- 32637,2 т/сут. (78643,9 м3/сут.)
- Количество реакторов 22 шт.
Ориентировочная окупаемость заводов с разными технологиями сжигания.
Для дальнейшего расчета авторами было введено три понятия прогноза развития событий.
1. Опережающий - такой прогноз, при котором все установки будут подключены в срок без перебоев.
2. Неблагоприятный - прогноз, при котором ожидается чрезмерная дисперсность, частые технические неполадки и перебои оборудования.
3. Оптимальный - предполагаемый прогноз, при котором возможны небольшие задержки с наладкой оборудования и минимальный процент поломок.
При одинаковой выработке сопутствующих товаров, если они востребованы на рынке, имеется работающий рынок сбыта.
Результаты сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
Технико-экономическая оценка мусоросжигающего завода мощностью 200000 тонн/год
Ед. изм. Колосниковые решетки Плазмотермические реакторы
Вырабатываемая энергия кВт*ч 206410,2 270018,4
Энергия с учетом затрат на розжиг кВт*ч 165128,16 216014,72
Доходы от переработки ТБО
Прибыль с продажи энергии руб. 511897,296 669645,632
Прибыль от продажи металла руб. 3285000000
Прибыль от продажи шлака руб. 109500000
С населения за термическую переработку отходов руб. 1780000000
Итого доходы руб. 5175011897 5175169646
Расходы на переработку
Стоимость оборудования и строительства станции руб. 1300000000
Средняя З/П сотрудников, месяц руб. 147840
З/П сотрудников, год руб. 8870400
Итого расходы руб. 1309018240
Итого прибыль руб. 3865993657 3866151406
Время окупаемости оборудования год 0,251272 0,251199
Нами рассмотрены два принципиальных подхода к рекультивации полигонов ТКО. Результаты представлены в таблицах 3, 4.
Таблица 3.
Рекультивация имеющегося полигона без термической переработки отходов. Планировка рельефа, организация
дренажа, и засыпка грунтом
№ Шифр Наименование работ и затрат, материалов, изделий и конструкций Кол-во Общая стоимость, руб.
экспл. машин основной з/п экспл. машин
ед. изм. в т. ч. з/п машинистов в т.ч. з/п машинистов
1 ФЕР 2001 0101-032 Разработка грунта бульдозерами мощностью 132 (180) кВт (л.с.); 243 (330) кВт (л.с.), 1 группа грунтов 134625 633,77 0,00 85321286,25
1000 м3 27,40 3688725,00
2 ФЕР 2001 0101-036-4 Планировка площадей бульдозерами 490 29,36 0,00 14386,40
1000 м2 1,27 622,30
3 ФЕР 2001 0101-19 Перемещение грунта автомобилями-самосвалами для отсыпки насыпей 1127 6602,37 220463,74 7440870,99
1000 м3 743,35 837755,45
4 ФЕР 2001 0101-131 Устройство закрытого дренажа механизированным способом в траншеях глубиной до 2 м 3,04 1002,10 755,77 3046,38
1000 м 310,42 943,68
Вывод: Общая ориентировочная стоимость работ рекультивации имеющегося полигона без термической
переработки отходов на I квартал 2018 года: 93,033 млн.руб.
Дополнительные затраты для устройства гидроизолирующего слоя, применяемого при консервации полигона 3,31 руб./м2.
Для семи слоев площадь слоя составит 34300000 м2 (11434 рулонов по 300 м2). Стоимость составит 11353300 руб.
Суммарная стоимость технической части рекультивации: 104,386 млн. руб.
Таблица 4.
Рекультивация полигона с предварительным сжиганием ТБО на колосниковых решетках
Наименование Удельная стоимость, руб. Общая стоимость , руб.
№ Шифр работ и затрат, материалов, Кол-во эксплуатация. машин Всего основной эксплуатация машин
изделий и ед. изм. в т. ч. з/п машинистов з/п в т.ч. з/п
конструкции машинистов
Разработка грунта 26925 633,77 17064257,25
ФЕР бульдозерами
1 2001 01-01032 мощностью 132 (180) кВт (л.с.); 243 (330) кВт (л.с.), 1 группа грунтов 1000 м3 27,40 17064257,25 0,00 737745,00
ФЕР Планировка площадей бульдозерами 490 29,36 14386,40
2 2001 01-01036-4 1000 м2 1,27 14386,40 0,00 622,30
ФЕР 2001 01-0119 Перемещение 1127 6602,37 7440870,99
3 грунта автомобилями-самосвалами для отсыпки насыпей 1000 м3 743,35 7661334,73 220463,74 837755,45
Устройство 3,04 1002,10 3046,38
ФЕР закрытого дренажа
4 2001 01-01131 механизированным способом в траншеях глубиной до 2 м 1000 м 310,42 3802,16 755,77 943,68
При учете строительства завода и вырабатываемых материалов: расходы на завод составят 1309,012 млн. руб.
Всего расходы по проекту рекультивации с предварительным сжиганием ТБО на колосниковых решетках: 1345,115 млн. руб.
Доходы по проекту (без продажи шлака, но с продажей сопутствующих подбором мусора на термическую переработку с населения) 5065,512 млн. руб.
При благоприятном исходе событий можно получить прибыль с проекта 3720396576 руб. отсутствия этапа биологической рекультивацит.
Ориентировочная стоимость завода с термическим способом переработке отходов ТКО:
- Мощность: 200 000 тонн в год;
- Площадь: 7 000 кв. м;
- Проектная стоимость: 1 300 млн. руб.
Вывод: Стоимость работ рекультивации имеющегося полигона с предварительным сжиганием составляет 24, 744 млн.руб. с учетом стоимости материалов: 36,098 млн.руб.
Рассматривая возможные варианты исходя из вырабатываемой энергии:
Колосниковые решетки: 743076,7 МДж=206410,2 кВт*ч
Плазмотермические установки 972066,12 МДж =270018,4кВт*ч
Комплекс с плазмотермическим способом переработки способен произвести больший объем энергии:
- Переработка промышленных и бытовых отходов 1500 тонн в сутки,
- Выработка и передача потребителям электроэнергии 50 МВт/ч,
- Производство стекловидного шлака для изготовления блоков утепления из минеральной ваты 300 тонн в сутки,
- Восстановление металлов 150 тонн в сутки,
- Производство серы 1.5 тонны в сутки.
Данные приведены при совместной работе 22 реакторов с производительностью 1500 т/сут.
В заключении необходимо отметить, что основными принципами ведения проекта, соблюдение которых должно быть обеспечено в части охраны окружающей среды, являются:
- соблюдение права человека на благоприятную окружающую среду;
- научно обоснованное сочетание экологических, экономических и социальных интересов человека, общества и государства в целях обеспечения устойчивого развития и благоприятной окружающей среды;
- охрана, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов как необходимые условия обеспечения благоприятной окружающей среды и экологической безопасности;
- презумпция экологической опасности планируемой хозяйственной и иной деятельности;
- обязательность оценки воздействия на окружающую среду при принятии решений об осуществлении хозяйственной и иной деятельности;
- учет природных и социально-экономических условий при планировании и осуществлении хозяйственной и иной деятельности;
- приоритет сохранения естественных экологических систем, природных ландшафтов и природных комплексов [5].
ВЫВОДЫ
Исходя из приведенных расчётов (табл. 5) можно сделать вывод о том, что наиболее эффективным способом термической переработки отходов ТКО является сжигание на колосниковых решетках. При данном расчете строительство завода по утилизации ТКО окупается за 0,29 года в общем случае, при условии, что существует потребность рынка в производимых продуктах (стройматериалах, энергии).
Оптимальной является технология переработки ТКО - сжигание на колосниковой решетке.
Таблица 5.
Сводные данные по термической переработки ТКО
Энергия Стекловидный шлак Восстановленные металлы Сера
Единица измерения кВт*ч т т т
Вырабатывается одной установкой 1200000 300 150 1,5
Вырабатывается заводом 26400000 6600 3300 33
Стоимость за единицу, руб. 3,1 200 12000 1200
Общая стоимость, руб. 81840000 1320000 39600000 39600
Итого в сутки, руб. 122799600
Итого в год: 44821854000
ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Во втором этапе научного исследования планируется: рассчитать биологическую рекультивацию с созданием проекта рекреационной зоны, а также обосновать экономическую эффективность от возвращения в хозяйственный оборот земель занимаемых полигонами ТКО
ЛИТЕРАТУРА
1. Ложкина, А.С. Совершенствование системы сбора и утилизации и разработка системы качественного использования ТКО г. Новосибирска / А.С. Ложкина, // Научные проекты образовательных школ ПРДСО -2016: сборник научных трудов / под ред. Е.Г. Гуровой, С.В. Макарова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. -С. 105.
2. Шпакович, Е.А. Сравнительный анализ мирового опыта рекультивации промышленных территорий [Текст] / Е.А. Шпакович, Д.В. Карелин // WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS - 2017: XIV Междунар. науч. -практич. конф. WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS, 30 октября 2017 г. -Пенза, 2017. - Ч. 1 (Архитектура). - С. 317-319.
3. Новосибирск утонет в мусоре из-за закрытия Гусинобродской свалки / [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://tayga.info/135579.
4. Шпакович, Е.А. Проблема рекультивации полигонов твердых коммунальных отходов на примере новосибирской агломерации [Текст] / Е.А. Шпакович, Д.В. Карелин // WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS - 2017: IX Междунар. науч.-практич. конф. WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS, 15 января 2018 г.:матер. - Пенза, 2018. - Ч. 1 (Архитектура). - С. 221-223.
5. Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ (ред. от 03.07.2016) "Об охране окружающей среды" (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.03.2017) [Электронный ресурс] // Справочная правовая система «Консультант-плюс».
6. Федеральный закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ (ред. от 28.12.2016) "Об отходах производства и потребления" [Электронный ресурс] // Справочная правовая система «Консультант-плюс».
7. Электронный журнал Твердые бытовые отходы / [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://www.solidwaste.ru/.
8. Тугов, А.Н. О целесообразности использования плазменных технологий / А.Н. Тугов // Твердые бытовые отходы. - 2014. - № 9. - С. 44-47.
9. Проект Гринпис России «Мусор в твоем городе» / [Электронный ресурс]. - Режим доступа http://www.greenpeace.org/russia/ru/news/2015/15-04-irecycle-map/.
10. Проект постановления Правительства Новосибирской области "Об утверждении территориальной схемы обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными, Новосибирской области" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dproos.nso.ru/page/1862
11. Ложкина, А.С. Совершенствование системы качественного использования твердых коммунальных отходов в аспекте устойчивого развития городских территорий [Текст]: автореф. дис. ... маг. строит, наук / А.С. Ложкина. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин),2017. - С. 24.
12. Соломин, И.А. Выбор технологии рекультивации городских земель, занятых несанкционированными свалками / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dssac.ru.
COMPARATIVE ANALYSIS OF RECONSTRUCTION OF THE "GUSINOBRODSKY"
POLYGON IN NOVOSIBIRSK
Karelin D.V. Shpakovich E.A. 2, Domracheva A.I. 3
1 2' 3 Novosibirsk state university of architecture and civil engineering(Sibstrin), Novosibirsk
Annotation. This article is devoted to solving an actual and very important problem not only for Novosibirsk agglomeration, but for the Russian Federation as a whole. On the basis of previously studied methods and methods of reclamation, the most optimal methods for the thermal processing of solid municipal waste have been identified and proposed solutions by economic feasibility and environmental safety. Based on the enlarged calculations, proposed a comparative analysis of processing technologies based on deep pyrolysis using grate grids and plasma-thermal reactors. In the structure of the analytical part was introduced a gradation of forecasts of events development.
Keywords: polygon of solid municipal waste, environmental safety, reclamation, grate grids, thermal processing.
