1.2 Современные технологии переработки макулатуры в мире

Макулатура считается основным сырьем бумажной промышленности XXI века. Развитие технологий производства макулатурной массы должно осуществляться по экономически обоснованному принципу с совершенствованием всех циклов процесса сбора и переработки макулатуры [34].

Современные технологии и оборудование для переработки макулатурной массы позволяют применять ее не только для выработки низкокачественной, но и высококачественной продукции. Получение высококачественной продукции предполагает наличие дополнительного оборудования и введение химических вспомогательных веществ для облагораживания массы. Эта тенденция ясно просматривается в описаниях зарубежных технологических линий [35].

В современном мире перерабатывается примерно 50% всей использованной бумаги, иными словами макулатуры. Численность предприятий, занимающихся бумажной переработкой, растет достаточно быстро. Ввиду необратимой деформации бумажных волокон не представляется возможным сохранять леса. Влага, содержащаяся в древесной массе способна скреплять волокна между собой достаточно крепко. Но при переработке макулатуры происходит потеря влаги и в результате восстанавливается лишь 80 ее процентов. И уже после пятого цикла переработки, волокно просто не пригодно для последующего использования [36].

К сожалению, на данный момент технологи переработки макулатуры не обеспечены выбором экономических средств, чтобы сократить затраты на обработку наиболее свежей макулатуры. Самой главной целью является усовершенствование методов избавления от различных клейких веществ, таких как марки, разные этикетки и бесчисленного количество других вещей. Эти примеси достаточно опасны, так как они достаточно легко разрушаются и проникают через сито с крупными отверстиями, а затем забивают оборудование. Чтобы не допустить их проникновения, макулатуру вынуждены пропускать через мелкоячеистое сито, этот процесс очень медленный и энергоемкий.

Уже на протяжении десяти лет в бумажной промышленности технологи стараются найти химический процесс, разрушающий всевозможные клейкие вещества на бумаге. Однако до сегодняшнего дня проблема остается не решенной. Вода, которая используется для переработки волокон бумаги, требует очистки, перед тем как ее начнут использовать повторно, что в свою очередь так же является непростой задачей.

Если бы макулатура тщательно сортировалась, то это смогло бы значительно минимизировать затраты, уходящие на ее переработку, а также увеличить спрос на бумагу, изготовленную из вторичного сырья, а самое важное сократить количество свалок. Зачастую администрации принуждают своих жителей заниматься сортировкой бумаги, которую они выбрасывают. Но, не смотря на это, все равно большая часть мусора, скапливающегося в местах хранения отходов, находится в перемешанном виде.

В первых автоматических сортировочных машинах, в соответствии с рисунком 3, сенсоры способны распознавать главным образом цвет проплывающей на ленте конвейера бумаги, что позволяет отделять, скажем, коричневые пакеты от листов копировальной бумаги. Разработкой более совершенных сенсоров занимаются сейчас такие компании, как MSS, Inc. в городе Нэшвилл, штат Теннесси, а также университетские лаборатории, чья работа финансируется Министерством энергетики США. Эти новые образцы смогут отличать черно-белые листы офисных документов от такого же цвета газетных полос, а также выявлять разницу в глянце у различных видов потребительской упаковки. В относительно новых автоматических сортировочных машинах, проходя через наклонные плоскости и вращающиеся диски, поток бумажных отходов распределяется на ленте конвейера в один тонкий слой (не показан). Посылаемые пучки видимого света и ИК-излучения ближней части спектра распознают каждый обрывок бумаги по цвету или глянцу, а воздушные струи направляют его в соответствующий лоток-коллектор [37].

Рисунок 3. - Автоматическая сортировка макулатуры

[37]

Фирмы-производители лишь совсем недавно начали поставлять машины для автоматической сортировки отходов, причем более совершенные сенсоры к таким машинам по прежнему находятся в стадии разработки. Как заметил Ричард Вендитти, адъюнкт-профессор Университета штата Северная Каролина и эксперт по древесино-бумаговедению, улучшенное сортировочное оборудование не только снизило бы затраты на переработку макулатуры. С его помощью можно было бы направлять на переработку куда более однородный материал, а также расходовать в этом технологическом процессе меньшее количество химикатов, воды и электрической энергии. 

Большую часть переработанной бумаги используют при изготовлении туалетной бумаги и картона. Небольшая часть переработанной бумаги уходит на производство теплоизоляции.

Как правило, предприятия, специализирующиеся на изготовлении гигиенической бумаги и различных изоляционных изделий называют многотоннажными, в своем производстве они используют так называемую мокрую технологию. Именно на таких предприятиях перерабатывается основная масса всей макулатуры [38].

Переработка макулатуры для использования в производстве бумаги и картона осуществляется по мокрой технологии, в соответствии с рисунком 4, и включает следующие операции:

- роспуск макулатуры;

- очистку макулатурной массы от посторонних примесей;

- дороспуск макулатурной массы;

- тонкую очистку макулатурной массы [39].

Рисунок 4. - Технология переработки макулатуры

[39]

1) роспуск - макулатура замачивается и под действием вращающегося винта мешалки измельчается, превращаясь в жидкую волокнистую массу;

2) сито;

3) мешалка;

4)крупноячеистое сито - волокнистая масса циркулирует во вращающемся барабане. При этом посторонние тяжелые включения - песок, частицы металла и прочее - опускаются на дно. Под действием вакуума, сквозь сито свободно проходят легкие частицы, но задерживаются более крупные включения (размером в несколько миллиметров) типа кусочков пластика;

5) подача воздуха;

6) пена;

7) формование бумажного полотна – прошедшая через мелкоячеистое сито бумажная масса, которая примерно на 95% состоит из воды и на 5% - из волокон, выливается на сетку. Здесь большие валики выжимают из нее воду, производя начальное формование бумажного полотна, которое еще более высушивается и подготавливается к дальнейшей обработке в бумагоделательной машине;

8) мелкоячеистое сито - от перепада давления материал пропускается через мешалку и сито. Волокна, меньшие по размерам, чем оставшиеся молекулы типографской краски и клейких веществ, свободно проходят дальше;

9) сито;

10) очистка - центрифуга разделяет материал по плотности;

11) флотация - в волокнистую массу подается распыленный сжатый воздух. К пузырькам воздуха, которые стабилизируются на поверхности с помощью пенообразователя, прикрепляются обладающие обычно гидрофобностью частицы типографской краски, красителей, покрытий и клейких веществ;

12) волокно;

13) сетка.

Широко распространено мнение, что из макулатуры можно получить только продукцию низкого качества, например, обёрточную или туалетную бумагу. В странах СНГ, действительно, значительная часть (около 75%) макулатуры перерабатывается в подобную продукцию, тогда как в развитых странах Запада из вторсырья производится гораздо больше высококачественных изделий. Эти технологии приходят и в нашу страну, уже сейчас из макулатуры производят, в том числе, строительные материалы [40].

Одним из ярких примеров применения мирового опыта является производство эковаты, теплоизоляционного материала. Целлюлозный утеплитель, или как его еще называют эковата, - это материал, состоящий на 81% из обработанной целлюлозы, на 12 % из антисептика - борной кислоты, и на 7 % из антипирена - буры [41].

В качестве сырья при производстве эковаты применяется  газетная бумага в виде макулатуры марки МС-10 и картонной марки МН ТУ 63-178-40-86. Также совершенствовалась технология утепления и оборудование для производства и монтажа. В 1950-е гг. появились первые выдувные машины, которые приводились в действие при помощи электричества и дизельных моторов. По мере совершенствования техники, технологии утепления и звукоизоляции появлялись новые, более совершенные, модели. Особой популярностью в конце прошлого столетия, пользовалось выдувное оборудование американской компании Krendl Machine. 

Канадская технология производства эковаты, которая применяется уже более 60 лет, завоевала признание специалистов во всем мире. Объем потребления целлюлозного утеплителя в Европе, США и Канаде растет ежегодно на 20-30 %. В Швейцарии потребность в целлюлозном утеплителе увеличивается более, чем в два раза за год. В США в настоящее время работают 59 установок по производству целлюлозного утеплителя и 10 тысяч выдувных машин по монтажу целлюлозного утеплителя, в Финляндии – 15 установок. В Германии в настоящее время работают 5 установок по производству целлюлозного утеплителя и 2 500 выдувных машин по монтажу целлюлозного утеплителя. Немецкие производители выдувного оборудования поставляют свою продукцию в 8 стран Европы [42]. 

Технологическая линия по производству эковаты, в соответствии с рисунком 5, отличается высокой эффективностью в связи с особенностями уникального оборудования [43].

Рисунок 5. - Технологическая линия получения эковаты.

1- шредер; 2 - конвейер скребковый; 3 - дозаторы антипирена и антисептика;

4 - диспергатор аэродинамический; 5 - вентилятор высокого давления;

6 - упаковка готовой продукции

[43]

Диспергатор осуществляет роспуск макулатуры до единичных волокон, не повреждая их. Продуктом роспуска является эковата (теплоизоляционный материал) низкой плотности, которая также является хорошим сорбентом нефтепродуктов и других жидкостей. Диспергатор при указанной производительности выдает высококачественную продукцию (макулатура распускается до единичных волокон), при снижении качества роспуска (для теплоизоляционных материалов) значительно возрастает производительность и снижаются энергозатраты на получение эковаты.

Оборудование предназначено для производства теплоизоляционной плиты с возможностью расширения ассортимента производимой продукции. Сырьем служат отходы бумаги и отходы текстильного производства.  Изготовление целлюлозно-волокнистого теплоизоляционного материала (утеплителя) производится путем роспуска макулатуры с последующим формированием плит, их обезвоживанием и сушкой.

Макулатура также используется при изготовлении волокнистых плит, которые применяются при отделке помещений. Макулатура распускается по «мокрой» технологии, прессуется и сушится. Полученный материал имеет высокие экологические характеристики. Отходы ламинированной бумаги сухим способом перерабатываются в полимерно-бумажные плиты (применяются при облицовке потолков). Ещё одно направление использования макулатуры - изготовление кровельных материалов [44].

При производстве бумаги и картона большое значение имеют как ограничение (степень белизны) и прочностные свойства волокнистой массы, так и скорость ее обезвоживания при отливе бумаги и картона. Последний показатель характеризуется степенью помола массы, которая зависит от композиционного состава картонно-бумажной продукции. Наибольшими прочностными свойствами обладает целлюлоза.

Таким образом, композиционный состав бумаги и картона определяет направление их вторичного использования. Далеко не каждая марка макулатуры может использоваться для выработки определенного вида бумаги, картона или другой продукции [45].

За рубежом количество марок макулатуры достигает нескольких десятков. Во всем мире признано, что наиболее эффективным путем переработки картонно-бумажных отходов является их использование в производстве бугорчатых прокладок.

Процесс производства бугорчатой прокладки из макулатуры можно условно разделить на два этапа: подготовка бумажной массы и производство из этой массы упаковки. Задача оборудования для подготовки бумажной массы - распустить макулатуру на волокна, очистить от примесей и подать на формующую машину [46]. Стандартный комплект оборудования, в соответствии с рисунком 6, позволяет решить эту задачу.

Рисунок 6. - Принцип работы установки вертикального вакуумного формования

[46]

Для производства бугорчатой прокладки используется в качестве сырья макулатура марок МС-1 , МС-2, МС-3, МС-5,  МС-6, МС-7, МС-8, МС-10.

- МС-1 - белая бумага из беленой целлюлозы без печати и линовки;

- МС-2 - белая бумага с линовкой и черно-белой или цветной полоской;

- МС-3 - книжно-журнальная, архивная;

- МС- 5 - гофрокартон и его обрезь;

- МС-6 - картон хром-эрзац;

- МС-7 - картон и обрезки картона;

- МС-10 - газетная бумага и газеты, газетная обрезь. 

Пройдя все этапы подготовки - роспуск и очистку, бумажная масса подается в емкость формовочной машины. Сетчатая матрица пресс-формы с заданной оператором цикличностью опускается в емкость с массой и с помощью вакуума набирает на себя необходимое количество массы, после чего выходит из емкости. Далее из формующегося изделия через специальные отверстия в матрице, с помощью вакуума, удаляется вода.

Сформованная и бугорчатая прокладка, в соответствии с рисунком 7,  подается в 3-х уровневую сушильную камеру. Газовая горелка нагревает воздух в сушильной камере и на выходе высушенные бугорчатые прокладки  с помощью стекера плотно укладыватся друг в друга [47].

Рисунок 7. - Формовочная машина роторного типа в сборе с многоуровневой сушкой

[47]

Из сушильной камеры, изделие подвергается горячей прессовке, что бы избежать дальнейшей деформации изделия. Затем укладываются и упаковываются.

Мировые тенденции развития картонажного производства ориентированы на увеличение производительности. В настоящий момент выпускаются картоноделательные машины разного типа предназначенные для производства тарного картона. Диапазон стоимости комплекта оборудования для подготовки ММ достаточно широк. Начиная от 1,2 млн. долларов США (100 т/сутки) и заканчивая суммами 50-70 млн. долларов (1000 т/сутки). Цена зависит как от общей производительности линии, так и от применяемых технологических процессов. Следует учитывать, что помимо ММ образуются отходы, которые также требуют обработки в соответствии с экологическими требованиями.

Машина картоноделательная, в соответствии с рисунком 8, состоит из двух сеточных столов с двумя напорными ящиками, прессовой части, сушильной части, клеильного пресса, каландра и наката. Расположение машины двухэтажное.

Рисунок 8. - Схема картоноделательной машины по производству тарного картона

[48]

Особенность этой машины состоит в том, что картон изготавливается из вторичного сырья - бумажной макулатуры. На изготовление 1 тонны продукции идет 1200 кг макулатуры и лишь 20% от общего количества сырья целлюлозы.

За рубежом КДМ производят Metso Paper, Voith Paper, Kadant Lamort, CL&V Pulp, Ilmex. Стоимость картоноделательных машин (КДМ) зависит от многих факторов и колеблется от 3 до 120 млн. долларов.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что наибольшую рентабельность обеспечивают предприятия типа картонно-полиграфического комбината, где конечной продукцией являются заготовки ящиков с цветной печатью. Комплексная схема картонной фабрики позволяет рационально использовать макулатуру, отходы гофрированного картона.

Предприятия по производству картона и бумаги, а также мягких кровельных материалов являются многотоннажными и все они используют мокрую технологию производства. Эти предприятия потребляют основную часть макулатуры (до 90%). Макулатура является заменителем таких видов первичного сырья и полуфабрикатов как целлюлоза, древесная масса, бумажная масса [49, 28-29].

Современные технологии переработки бумаги - один из важнейших факторов, заставляющий многих производителей отдавать предпочтение макулатуре как сырью. Последние достижения в сфере пере- работки использованной бумаги значительно упростили этот процесс, сделали его менее энергоемким и существенно повысили качество производимой бумаги, что позволяет заводам, использующим вторичное сырье, уверенно перерабатывать макулатуру [50].

2 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ СБОРА И ПЕРЕРАБОТКИ МАКУЛАТУРЫ В Г.КОКШЕТАУ

2.1 Анализ деятельности ГКП на ПХВ «Тазалык»

Государственное коммунальное предприятие на праве хозяйственного ведения «Тазалык» г. Кокшетау осуществляет хозяйственную деятельность в сфере коммунальных услуг, является самостоятельным юридическим лицом, находится на самоокупаемости и самофинансировании.

ГКП на ПХВ «Тазалык» оказывает услуги регулярного сбора и захоронения ТБО 1400 организациям города и населению г. Кокшетау в количестве 101 000 человек или 71% населения, в том числе: 87000 человек благоустроенного сектора или 92% и 14000 человек частного сектора или 38%.

Услугами планового вывоза ГКП «Тазалык» охвачены:

- благоустроенный сектор г. Кокшетау (без района центрального рынка, который обслуживает ТОО Жинау Тазалык-Сервис)

- частный сектор в северной части города до ул. Валиханова

- поселок Чайкино, поселок Красный Яр, поселок Застанционный (Шанхай), поселок Станционный (Кокшетау-2) [71, 5-7].

За 2012 год вывезено - 281 тысяч м³ ТБО или 56 тысяч тонн. В 2013 году объем вывозимых на полигон ТБО увеличилось до 300 тысяч м³ в год.

Основная перспектива развития предприятия это приоритет основной деятельности - сбор и захоронение ТБО, организация и осуществление вывоза и захоронения ТБО оставшегося частного сектора повысили объем вывоза ТБО на 20 тысяч м³ в 2013 год и увеличилось доходность предприятия по этому виду деятельности на 38 млн. тенге.

На балансе ГКП «Тазалык», оказывающего услуги по сбору и захоронению ТБО имеется спецтехника 37 единиц, но спецтехники не хватает, так как из 19 мусоровозов - 11 единиц имеют износ от 70 до 100%. Из 11 самосвалов - 8 единиц имеют 100% износ из 6 погрузчиков подлежит списанию 2 единиц.

Для регулярного вывоза ТБО и оказания услуг из оставшегося частного сектора направлены заявки на выделение спецтехники. Потребность спецтехники составляет :

- мусоровозы - 6 единиц;

- самосвалы - 6 единиц;

- погрузчики - 2 единиц;

- бульдозеры - 2 единиц.

Вывоз контейнеров производится ежедневно по 12 маршрутам мусоровозами и вывоз крупногабаритных отходов ежедневно 9-10 автомобилями самосвалами. В некоторых районах города, где большая наполняемость контейнеров вывоз контейнеров производиться 2 - мя заездами:

- 1 заездом вывозится 1100 контейнеров;

- 130 контейнеров 2 заездом.

Вывоз крупногабаритных отходов:

- 3 грейфера под погрузкой 9 самосвалов (по 3 рейса);

- Кун и фронтальный - по 2 самосвала (по 3 рейса).

Частный сектор, где установлено 970 контейнеров, обслуживаются: улица Наурызбай батыра, Капцевича, Сатпаева, Момышулы, Биржан Сал, Валиханова, Кенесары, Ауельбекова, Ауэзова, Акана Серы, Куйбышева.

2 раза в неделю: ул. Саина, Пархоменко, Темирязева, Полевого, Маметова, Гастелло, Вернадского, Железнодорожная, Тельмана, Циолковского, Коммунистическая, Чкалова, Байтурсынова, Гагарина, Мирзояна, Береговая.

3 раза в неделю: ул. Янко.

4 раза в неделю: ул. Садвокасова.

1 раз в 5 дней: Ул. Конай би, 40 лет Октября, Женис, Гагарина, Коммунистическая, Байтурсынова, Сабатаева, Елемесова, Косшигулова, Жумабаева, Красная, Сейфуллина, Кудайбердиева, Дзержинского, Потанина, Подгорная проезд 2,3, Озерная, Подгорная, Маяка, Сопочная, Пригородная, ДСУ 15, В. Пика, Вавилова, Досова, Абая, Шевцовой, Темирбекова, Громовой, Островского, Есенберлина, Глинина.

1 раз в неделю: ул. Речная, Элеваторская, Нефтебазовская, Западная, ст. аэропорт, м-н Бирлик, Звездная, Фабричная, Дружбы, Весенняя, Домостроительная, Транспортная, Арая, Тихая, Ботаническая, Жазира, Новоселова, Курайлы, Тобылсай, Балхашина, Конрацкая.

Установлено 2297 контейнеров:

- г. Кокшетау - 1808 контейнеров (благоустроенный сектор - 838 контейнеров на 187 площадках, частный сектор - 970 контейнеров);

- п. Красный Яр -189 контейнеров;

- п. Станционный (Кокшетау 2) -70 контейнеров;

- п. Застанционный (Шанхай) - 230 контейнеров.

Состояние контейнеров. Всего на балансе - 2297 контейнеров:

- 1386 штук -2009 г. - 2 года, износ 10 %;

- 23 штук – 2006 г. - 5 лет, износ 50%;

- 888 штук - до 2005 г. - более 8 лет, износ 100%.

Ежедневно контейнерные площадки убираются рабочими – 39 человек.

1. контейнерные площадки общего пользования - 187штук, где стоит 838 контейнеров убирают - 25 человек;

2. частный сектор - 970 контейнеров, убирают - 8 человек;

3. Красный Яр - 145 контейнеров - 4 человек

4. Застанционный (Шанхай) - 230 контейнеров - 2 человека [72, 2-4].

Не осуществляется организованный вывоз ТБО от частного сектора в микрорайонах Боровской, Юбилейный, Жайляу район старого мясокомбината, где ежегодно образовываются стихийные свалки. Планировалось, что с этих районов будет вывозится ТБО бестарным методом предприятиями ГКП на ПХВ «Кокше Жардем» и ТОО «ЖинауТазалыкСервис» , но вывоз не был организован.

Для 100% охвата оставшегося сектора индивидуальной застройки необходимо 2500 контейнеров и 4 мусоровоза. Как специализированное предприятие, обладающее спецтехникой, квалифицированным кадровым потенциалом ГКП «Тазалык» сможет предоставлять качественные услуги по сбору и захоронению ТБО всему частному населению нашего города, обеспечить санитарное состояние и чистоту, в соответствии с требованиями санитарных норм.

Для обеспечения санитарного состояния города ежегодно на период трехмесячника с 01 апреля по 01 июля прием ТБО на полигоне от населения производится бесплатно. Из-за дальности полигона, население мало пользуется предоставленными льготами, за действующий период можно вывезти золу и несгораемый мусор бесплатно, не образуя стихийные свалки.

Полигон ТБО ГКП на ПХВ «Тазалык» занимает площадь 36,5 га, принимает твердые бытовые отходы от физических и юридических лиц г. Кокшетау с 1960 г. более 52 лет. Вместимость полигона исчерпана. Из-за отсутствия финансирования обустройство полигона так и осталось не соответствующим предъявляемым санитарным правилам и нормам, так как на полигоне нет весовой, бытовых помещений, гаража, подъездных путей, воды, электроэнергии и соответствующей спецтехники.

Полигон принимал и продолжает принимать твердо-бытовые отходы, производится буртовка и складирование отходов, в связи с организацией вывоза ТБО из частного сектора, объем принимаемых отходов увеличится ежемесячно на 6 тысяч м³, в год на 70 тысяч м³ и составит 300-350 тысяч м³.

В настоящее время на полигоне работает 1 бульдозер на тракторе Т-170, 1991 г. выпуска, не пригодный к эксплуатации и подлежащий списанию. Для обеспечения технологии утилизации с укладкой изолирующих слоев для полигона ТБО, ГКП «Тазалык» требуется 2 бульдозера на базе Т-170 и 2 самосвала - Камаз. Это обеспечит бесперебойный прием и соблюдения технологии утилизации отходов и предотвращение возгорания.

Полигону ТБО требуется весовая, повсеместно прием ТБО на полигонах производится по весу в тоннах, полигон принимает отходы от организаций по талонам по вместимости транспортного средства, что приводит к искажению.

Восточнее полигона по румбу господствующих ветров в 7 км расположен аэропорт г. Кокшетау, хотя согласно строительных норм РК 1.04-15-2002 «Полигоны для твердых бытовых отходов» по пункту 3.4 «Размещение полигонов не допускается на участках ближе 15 км от аэропортов.

Текущая эксплуатация полигона не соответствует никакми действующим экологическим и санитарным нормам и требованиям. Основными угрозами и нарушениями являются:

- без надлежающего покрытия и изоляции свалки, вода легко может достичь тела полигона, вызывая смыв более опасных компонентов, которые могут серьезно повлиять на качество подземных вод;

- сжигание отходов влияет на здоровье работников полигона и вызывают опасное загрязнение воздуха;

- склоны свалки слишком крутые. Спуск 1:1, делают их неустойчивыми. Наиболее критичной точкой является южный склон с высотой 10-15 метров.

- нет сооружений для чистки олес мусоровозов для предотвращения возможного вывоза инфекций из полигона;

- условия работы для сотрудников, не соответствуют стандартам безопасности труда. Нет ни чистой воды, ни санитарных систем для использования на рабочем месте.

Назрела необходимость закрытия и рекультивации существующего полигона и строительства нового полигона, отвечающего всем современным стандартам с устройством там мусоросортировочного завода или линии переработки ТБО для уменьшения накопления отходов на полигоне и решения экологических проблем. С устройством мусоросортировочной завода или линии, снизится количество отходов, поступающих на утилизацию, отделение биоотходов воспрепятствует сомовозгоранию полигона и загрязнению окружающей среды, будет выполнена основная задача - обезвреживание и переработка ТБО с целью охраны природной среды от загрязнения [73, 2-3].