Утилизация и рециклинг отходов: комплексный подход

Современный этап развития экономики в России характеризуется возрастающим дефицитом сырьевых ресурсов и ухудшением экологической обстановки, что влечет за собой рост цен на сырье, усиление инфляции и общую социальную напряженность. Проблема нехватки ресурсов носит объективный характер в силу природной ограниченности ресурсов. По мнению аналитиков, современная цивилизация впервые настолько остро столкнулась с данной проблемой. С одной стороны, дефицит ресурсов уже стал тормозом экономического развития, с другой – вовлекаемые в процесс промышленного производства сырьевые ресурсы некоторых отраслей полезно используются только на 2…10%, все остальное идет в отходы. Кроме того, производимая продукция часто имеет кратковременный период использования (от 0,5 до 5 лет) и также уходит в отходы. По сути, человечество занято производством отходов и мало интересуется их утилизацией. Результатом такого подхода может стать ресурсный, экономический и экологический кризисы.

В этой связи в мире идет активный поиск эффективной модели управления отходами. Россия позднее других стран стала заниматься данной проблемой в силу объективных причин, в том числе из-за наличия большой территории, на которой можно было размещать отходы. В настоящее время это дает ей шанс использовать положительный и учесть отрицательный опыт развитых стран, а также есть уникальная возможность разработать свою (российскую) модель управления отходами с учетом мирового опыта.

Стратегия управления отходами

Российская модель управления отходами, по мнению экспертов, должна включать ряд генеральных направлений, реализация которых позволит достичь поставленной цели. Ученые Санкт-Петербургского государственного политехнического университета предлагают следующий проект стратегии управления отходами:

1. Разработка концепции управления отходами, нацеленной на воспроизводство ресурсов.

2. Единая система управления отходами (ЕСУО) – рассмотрение процессов «образование и использование» отходов в единстве.

3. Создание нового экономического механизма, обеспечивающего включение отходо-ресурсов в экономическое развитие страны на основе:

• создания банка воспроизводства ресурсов;

• формирования нового ценообразования – на основе определения полной суммы затрат производства продукции, включая ее переработку как отхода. Стоимость переработки отходов должна изначально входить в цену товара. Этим соблюдается принцип экономической ответственности производителя и потребителя товара;

• принципа социальной справедливости: плата за переработку отходов привязана к потреблению продукта – кто потребляет, тот и оплачивает переработку.

4. Экономическая оценка экологических последствий природоресурсной деятельности на стадии проекта на основе восстановительного подхода и оценки ущерба и включения их стоимости в цену продукции.

5. Оценка влияния модели управления отходами на рост ВВП.

6. Разработка и введение целевых образовательных программ по основам обращения с отходо-ресурсами:

• в школах (начиная с 3 класса);

• во всех ВУЗах (по всем специальностям).

7. Подготовка кадров – специалистов по реализации Государственной программы промышленного воспроизводства сырья.

8. Фактор времени: необходимо реализовать стратегическое управление отходами пока природные ресурсы не исчерпаны, чтобы избежать наступление катастрофы.

9. Управление обращения с отходами не является саморегулирующейся системой: в ней должны быть задействованы государство, бизнес, общество.

Одним из наиболее важных пунктов стратегии управления отходами является социальный заказ на создание научно-методических материалов, техники и технологий в сфере воспроизводства ресурсов. Отдельные проекты находят применение в условиях реально действующих производств. В России уже накоплен определенный положительный опыт использования инновационных технологий по утилизации и переработке отходо-ресурсов различных производств, в том числе агропромышленного комплекса.

Современные технологии и оборудование для переработки отходо-ресурсов

По данным Росприродонадзора, только на базе официальной статистической отчетности ежегодно в Российской Федерации образуется около 4,5 млрд т промышленных и бытовых отходов. Для сравнения: в странах-членах ЕС образуется 1,3 млрд т отходов. Процент прироста образующихся в Российской Федерации отходов с каждым годом увеличивается, а уровень их утилизации очень мал.

Эффективным решением для утилизации промышленно-бытовых отходов является метод инсинерации (кинетически контролируемого термического обезвреживания), широко распространенный как в мире, так и в России. Он позволяет при соблюдении всех экологических норм не только существенно уменьшить объем отходов, понизить класс опасности образующегося зольного остатка, но также рационально использовать получаемую в процессе термического обезвреживания тепловую энергию в системах горячего водоснабжения, при производстве пара и нагреве теплоносителей (альтернатива местным котельным); в отдельных случаях возможно получение электроэнергии.

Промышленная группа «Безопасные технологии» (г. Санкт-Петербург) имеет многолетний опыт изготовления комплексов природоохранного назначения. В референс-листе компании (перечень реализованных проектов) представлено свыше 100 проектов, разместившихся на площадках более чем в 50 городах России.

Среди промышленно-бытовых отходов не последнее место занимают органические отходы техногенного происхождения: различные виды пластмасс, полипропиленовые мешки, пленка, ПЭТ-материалы, шины и отработанные резиново-технические отходы и др. Данные виды отходов, наряду с традиционными сельскохозяйственными отходами, широко распространены в агропромышленном комплексе и являются ценным сырьем для переработки.

Наиболее оптимальным вариантом обращения с такого рода сырьем является термокаталитическая деструкция (пиролиз) – способ контролируемого термического разложения исходного сырья без доступа кислорода на необходимые составляющие с применением специально разработанного катализатора. В результате переработки сырья получают следующую кондиционную продукцию:

• Пиролизный газ. Используется непосредственно в качестве топлива для работы установки термокаталитической деструкции.
• Котельное топливо. Используется в качестве топлива для работы установки термического обезвреживания отходов; используется для получения компонента бензина/дизельного топлива (при использовании дополнительного оборудования – ректификационной колонны); используется непосредственно в качестве топлива для различных машин и аппаратов.
• Техническая вода пригодна для вторичного использования на технологические нужды.
• Сухой углеродный остаток 4 класса опасности используется на местные, строительные и рекультивационные нужды, вводится в бетонные смеси.
• Тепло, выделяемое в процессе переработки, может быть использовано для обогрева помещений.

Данная технология является одной из последних инновационных разработок ПГ «Безопасные технологии». Ее реализация позволяет одновременно добиться низких эксплуатационных затрат, высокой работоспособности, обеспечения экологической безопасности, возможности перерабатывать широкий перечень обезвреживаемых органических отходов. При этом задействованное в технологии оборудование имеет относительно невысокую стоимость по сравнению с существующими аналогами. Модельный ряд установок термокаталитической деструкции отходов реализован на базе установки производительностью 100 кг/час периодического действия (УТД-1) и установки производительностью до 800 кг/час непрерывного режима работы (УТД-2). Габариты установок обеспечивают мобильность при транспортировке и оперативный монтаж оборудования на объекте.

Установка термокаталитической деструкции может применяться в сочетании с установкой термического обезвреживания отходов типа КТО, при этом вырабатываемое на установке УТД котельное топливо используется для работы установки КТО.

ЗАО «Турмалин» (г. Санкт-Петербург) предлагает современный проект мусоросжигательного завода (МСЗ) ИН-50. Это универсальный комплекс (предприятие) по утилизации твердо-бытовых отходов (ТБО) и других отходов поселений на базе инсинераторов ИН-50 с опциями выработки тепла и электроэнергии.

В состав МСЗ ИН-50 входит система входного и экологического контроля, инсинератор ИН-50, теплофикационный узел, опции - сортировка, турбогенератор. В таблице 1 представлена градация инсинераторов по производительности, в расчете на определенное количество жителей.

1. Модификация и производительность инсинераторов

Конкурентными преимуществами МСЗ ИН-50 являются: универсальность – возможность одновременно с ТБО обезвреживать опасные виды отходов (медицинские, биологические и др.); энергоэффективность – возможность из 1 т ТБО получать 400 кВт энергии; возможность обезвреживать не сортированные ТБО; возможность блочно-модульного или контейнерного исполнения для поселения до 10 тыс. жителей; экологическая безопасность.

Технология обезвреживания ТБО с помощью МСЗ ИН-50 признана одной из наиболее оптимальных и экологически безопасных.

Для руководителей предприятий практически всех отраслей существенной проблемой является утилизация так называемых стойких органических загрязнителей (СОЗ), к которым относятся полихлорированные бифенилы (ПХБ), галогеносодержащие отходы и др., в сельском хозяйстве – это пестициды. Пристальное внимание к СОЗ объясняется тем, что их можно рассматривать как яды, которые для людей могут являться причиной наследственных дефектов, нарушения имунной, репродуктивной систем, а также заболеваемости раком. Санитарными нормами большинства стран определены предельно допустимые концентрации СОЗ для различных сред, в среднем на уровне 10^-12г/кг.

В настоящее время для утилизации и обезвреживания стойких органических загрязнителей используют следующие методы: термохимические, приводящие к полной деструкции отходов: сжигание, все виды пиролиза, плазменный метод, каталитическое окисление, дехлорирование оксидами металлов; химические, приводящие к удалению хлора при сохранении углеродной основы молекулы: электрохимическое восстановление, дехлорирование металлическим натрием; дехлорирование щелочными системами; дехлорирование в присутствии полиэтиленгликоля; восстановление алкоксидом натрия; восстановление высокотемпературной гидрогенизацией; каталитическое дехлорирование; каталитическая гидрогенизация; технология сольватированного электрона.

Реже предлагается биологический метод обезвреживания. Он основан на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе многие органические загрязнители. Наилучшими методами обезвреживания хлорорганических отходов считаются плазменные методы.

На стадии разработки находятся фотохимический и радиолизный методы.

Несмотря на преимущества и перспективы внедрения перечисленные способы пока не нашли широкого коммерческого применения. Ученых и специалистов продолжает волновать проблема утилизации СОЗ, на рынке предложений появляются все новые технологические решения.

В ЦНИИМаш авторским коллективом на основе процессов, происходящих в жидкостном ракетном двигателе, была разработана не имеющая в России аналогов технология для обезвреживания ПХБ. Технология успешно прошла государственную экологическую экспертизу на федеральном уровне и была внедрена на ОАО «Северсталь».

Новолипецкий металлургический комбинат разработал технологию для уничтожения ПХБ в металлургических печах, которая, по утверждению разработчиков, соответствует всем необходимым требованиям.

ЗАО «Морская инжиниринговая компания АКВА-СЕРВИС» (г. Санкт-Петер-бург) совместно с РНЦ «Прикладная химия» для утилизации СОЗ предлагают технологию на основе сверхкритического водного окисления (СКВО).

По мнению специалистов, технология имеет следующие преимущества: вода в сверхкритическом состоянии является универсальным растворителем и сильнейшим катализатором для окислительных процессов. Ограничением являются только ртуть и тяжёлые металлы. Вещества, обработанные такой водой, превращаются в простые безвредные индивидуальные вещества за короткий промежуток времени- не более 2-х минут;удельные инвестиционные затраты на создание установки по утилизации отходов методом СКВО в несколько раз меньше, чем для плазменных методов;технология СКВО универсальна для всех веществ, подлежащих деструкции (в отличие от других методов, где необходимо учитывать особенности перерабатываемых СОЗ); в лаборатории околокритических состояний в РНЦ «Прикладная химия» в результате длительных наблюдений (срок исследования – 22 года) накоплены необходимые теоретические и экспериментальные данные, а также достигнуты положительные результаты в конструировании аппаратов, работающих при одновременном воздействии температур до 700°С и давления до 300 бар. Это позволяет разработчикам представить обоснование экологической и экономической целесообразности использования метода СКВО для утилизации как СОЗ, так и твёрдых бытовых отходов.

Важным в практическом использовании отходо-ресурсов является рациональный выбор не только технологии, но также исполнительных технических средств.

Компания «Metso M&J г. Хорсенс» (Дания) специализируется в проектировании и производстве оборудования для измельчения различных видов отходов. Оставаясь одним из ведущих мировых поставщиков шредеров для переработки отходов (установлено более 600 единиц оборудования по всему миру), компания продолжает инвестировать средства в новейшие исследования и разработки. Основными заказчиками компании являются: организации, занимающиеся механико-биологи-ческой обработкой отходов; сжиганием отходов для выработки тепла/электро-энергии; получением альтернативного топлива из ТБО; переработкой вредных отходов; получением биомассы из соломы и древесины.

Модельный ряд установок M&J делится на следующие серии: одно- или двухроторные шредеры первичного измельчения (серия M&JEtaEta®PreShred). Могут быть как стационарными, так и мобильными; одно- или двухроторные шредеры вторичного измельчения (серия M&JEta®FineShred). Поставляются в стационарном варианте.

Основные преимущества оборудования:

• открытая камера измельчения сокращает износ рабочих органов до минимума;
• двунаправленное измельчение обеспечивает плотный поток готового материала на последующие конвейеры;
• благодаря асинхронному измельчению, перерабатываемые отходы постоянно находятся в движении, что повышает качество измельчения;
• специальная конструкция ножей исключает применение какого-либо толкающего устройства;
• все машины снабжены стандартной системой централизованной смазки;
• блок питания и камера измельчения могут быть помещены на удалении друг от друга, что позволяет защитить чувствительные компоненты от попадания пыли;
• автоматическое изменение направления вращения валов при попадании слишком крупных или твёрдых кусков металла или бетона;
• процесс измельчения контролируется компьютером и его настройки автоматически адаптируются под характеристики перерабатываемого материала;
• все подверженные износу части выполнены из стали Hardox;
• двунаправленное измельчение с контролируемыми скоростью и моментом вращения снижает износ рабочих органов и повышает производительность оборудования.

Области применения оборудования: заводы по переработке ТБО; заводы по получению биомассы; перевалочные станции (измельчение для дальнейшей транспортировки); мусоросжигательные технологии.

Как правило, установки Eta®PreShred – это первый этап в процессе переработки отходов. 

Основные преимущества оборудования: достижение однородности продукта; минимальное содержание мелких фракций; минимальное пылеобразование; отсутствие нагара; простота обслуживания.

Области применения оборудования: линии получения топлива из твердых бытовых отходов; переработка ПЭТ, древесины, битума и др.

ООО «Экология» (г. Нижнекамск) занимается благоустройством, утилизацией и переработкой различных видов отходов. Предприятие не раз выступало победителем в различных конкурсах в области экологии и природоохранной деятельности. Ему принадлежит ряд разработок по сбору и переработке вторичных ресурсов, промышленному освоению отходоперерабатывающего оборудования.

Для сжигания отходов ООО «Экология» предлагает установку «Акула-1Ж».

Установка предназначена для экологически безопасного сжигания различных жидких, пастообразных горючих отходов с любой степенью загрязнения (отработанные машинные масла и их смеси, спиртосодержащие жидкости, производственные масла, содержащие не менее 10% жидких горючих фракций, отработанные масляные фильтры, промасленная ветошь).

Мощность установки составляет 400 т/год. В 2012 г.в условиях действующего производства на установке было переработано: всплывающей пленки из нефтеуловителей (бензиноуловителей), шлама очистки трубопроводов и емкостей – 96,3328 т; масляных фильтров – 15,169 т; промасленной ветоши – 173,4895 т.

ООО «Экология» является разработчиком установки по переработке калий-фосфато-бентонитовых отходов производства простых полиэфиров ОАО «НКНХ».

Данная технология запатентована, ее назначение: получение высококачественных калий-фосфорных удобрений с содержанием 98,7% основного вещества калия и фосфора, а также лапрола – простого полиэфира, применяемого для производства пенополиуретанов.

Установка по переработке отработанных масел предназначена для очистки отработанных масел и изготовления из них продукта «Эмульсол-Эко».

Принцип действия установки: отработанное масло пропускается через фильтр и смешивается в аппарате мешалкой с другими компонентами смеси в процентном отношении: масло – 1 т, олеиновая кислота – 20 кг, едкий натрий (40%) – 5 кг. Процесс протекает при атмосферном давлении, температуре 30°С, выбросы- отсутствуют. Отходы после очистки масел сжигаются в печи «Акула – 1Ж».

Полученный препарат «Эмульсол–Эко» используется в производствах, изготавливающих железобетонные конструкции, токарных станках.

Мощность установки составляет 500 т/год. В 2012 г. было переработано 767,497 т отработанного масла.

Другой разработкой предприятия является технологическая линия по переработке пластмасс всех марок и полиэтиленовой пленки.

Линия состоит из дробилок–измельчителей: ИПР – 300 (1 шт.),

ИПР – 150М (2 шт.); гранулятора Гр – 250; агломератора.

Перерабатываемое сырье: пластмассовая тара, трубы, полиэтиленовая пленка, бампера машин, корпуса аккумуляторов и др.

Получаемый товарный продукт – крошка (ПНД, ПВД), АБС, полистирол.

Мощность установки – 200 т/год. За 2012 г. на установке было переработано 114,3522 т вторичного сырья.

Для переработки отработанной авторезины ООО «Экотехнология» предлагает экструзионную технологическую линию. В качестве сырья в данной технологии используются отходы отработанной авторезины, принимаемые от сторонних организаций на переработку. Авторезина поступает на линию, где режется на «чипсы». Далее полученный материал погружается в отработанное масло и разогревается при помощи сверхвысокочастотного излучения.

В результате при минимальных энергетических и экономических затратах получают мастику, которая используется в дорожном строительстве и при работе с гидроизоляционными кровельными материалами.

Заключение

Анализ современных технологий и оборудования в сфере переработки промышленных и бытовых отходов показал неоспоримый интерес к существующей проблеме, широкие возможности ресурсосберегающих проектов и практик, и по сути, формирование в российском обществе и бизнесе новой отходоперерабатывающей отрасли.

В Российской Федерации объявлен путь инновационного развития. В этой связи новая отходоперерабатывающая отрасль, как и другие сферы производства и переработки, заинтересована в наиболее экологичных и эффективных технологиях в области обращения с отходами и ресурсосбережения.

Для выбора перспективных моделей необходим более глубокий сравнительный анализ имеющихся предложений. Для этого требуется разработка Положения о конкурсном отборе перспективных технологий, в котором должны быть обоснованы критерии сравнения, процедуры предложений и многое другое, что может обеспечить открытость и объективность принятых решений.

Внедрять пилотные проекты в каждом конкретном случае необходимо на основе имеющейся инфраструктуры. Для закрепления эффекта необходимо оперативно получать результаты и проводить их анализ.

Создание информационной среды в виде проведения выставок и конференций, издания специализированной научной литературы будет содействовать обмену практическим опытом, продвижению на российский рынок современного отечественного и зарубежного оборудования, технологий и услуг.

Важным аспектом развития отходоперерабатывающей отрасли должно стать межсекторное партнерство государства, бизнеса и общества, являющееся гарантом и резервом увеличения выработки продукции, повышения эффективности производственной сферы и сохранения окружающей среды.