2379

УДК 504.064.47

Я.В. Базылева, Н.Н. Слюсарь, Я.И. Вайсман

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ КАМЕННОГО УГЛЯ

И ВТОРИЧНОГО ТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ

Проведено сравнение воздействия жизненного цикла традиционного топлива (каменного угля) и альтернативного топлива (вторичного топлива из отходов). Произведен сбор данных, инвентаризационный анализ, выбор категорий воздействия и интерпретация результатов. Оценка проведена на основании европейских данных с валидацией в соответствии с российскими нормативами и единицами измерений. Сделан вывод о возможности использования вторичного топлива из отходов только при наличии дополнительных систем газоочистки для снижениявоздействияпокатегориям«Закислениепочв» и«Здоровьечеловека»

Ключевые слова: твердые бытовые отходы, вторичное топливо из отходов, RDF, оценка жизненного цикла, экологический менеджмент, энергетический потенциал, управление отходами, экологические аспекты, альтернативное топливо.

Y. Bazyleva, N. Slyusar, Y. Vaisman

APPLICATION OF THE METHODOLOGY

OF LIFE CYCLE ASSESSMENT FOR BENCHMARKING ENVIRONMENTAL ASPECTS OF COAL AND SECONDARY FUEL FROM WASTE

Comparing the life cycle impact of conventional fuel (coal) and alternative fuels (secondary fuel from waste) is described. Data collection, inventory analysis , the choice of impact categories and interpretation of results are made . The calculation was made on the basis of European data validation in accordance with Russian standards and units. It is concluded that the possibility of using secondary fuels from waste only if additional gas cleaning systems to reduce the impact on the category "Acidification of the soil" and "Human Health"

Keywords: municipal solid waste , secondary fuel from waste, RDF, life cycle assessmen environmental management , energy potential , waste management, environmental aspects , alternative fuel.

51

Ежегодный рост объемов ТБО требует разработки новых подходов к использованию и извлечению материального потенциала отходов. Часть фракций ТБО обладает энергетическим потенциалом, что позволяет использовать их в энергетических целях. Получение вторичного топлива из отходов (ВТ (RDF) – от англ. Refuse derived fuel) является перспективным направлением в области переработки ТБО [1].

В настоящее время Россия располагает большой топливной базой, включающей основные виды традиционного ископаемого топлива – каменный и бурый уголь, торф и т.д. При выборе топлива одним из значимых критериев является экологический аспект, поэтому для оценки возможности внедрения ВТ (RDF) в качестве основного или дополнительного топлива в ряд производств необходимо сравнить экологические аспекты традиционного топлива и ВТ (RDF) [2]. Под экологическим аспектом подразумевается элемент деятельности организации, продукции илиуслуг, которыйможетвзаимодействоватьсокружающейсредой.

Для сравнения значимости потенциальных воздействий на окружающую среду применяется метод оценки жизненного цикла (ОЖЦ). Анализ проведен в соответствии с ГОСТ Р ИСО 11040-2010 «Экологический менеджмент. Оценка жизненного цикла. Принципы и структура». Метод ОЖЦ включает этапы определения цели исследования, сбора данных, инвентаризационный анализ, оценку воздействий и интерпретацию результатов [3] и позволяет выявлять экологические аспекты продуктов, процессов или услуг, а также оценивать их потенциальные воздействия на окружающую среду.

Жизненный цикл обоих видов топлив состоит из следующих стадий: производство (добыча), подготовка, транспортировка к месту потребления, использование (сжигание).

Оценка жизненного цикла осуществлена на основании европейских нормативов и ОЖЦ европейскими учеными [4]. Подобные данные по России отсутствуют. Все данные пересчитаны в соответствии с единицами измерения, принятыми для ОЖЦ в России. В качестве ископаемого топлива для сравнения выбран каменный уголь.

При сборе данных, инвентаризационном анализе и оценке учтены следующие допущения:

1. Этап «транспортировка» в ОЖЦ не учтен, так как воздействие от него принято одинаковым в обоих случаях.

52

2.Все данные основаны на европейских нормах, стандартах и промышленных процессах; осуществлена их валидация в соответствии

сроссийским стандартом.

3.В качестве использования топлива рассмотрено сжигание на цементных заводах, причем ВТ (RDF) использовано как добавочное топливо, которым заменяется 50 % каменного угля.

4.В оценке рассматриваются только изъятые ресурсы и выбросы в атмосферный воздух.

В качестве функциональной единицы выбрана масса производимого клинкера – 4 т (производство такого количества продукта обеспечивает сжигание 1 т ВТ (RDF)) [4].

Жизненный цикл любого вида топлива определяется процессами производства (добычи для ископаемого), транспортировки и энергетической утилизации (сжигания) (рис. 1).

Рис. 1. Жизненный цикл топлива

На рис. 1 видно, что на всех этапах жизненного цикла оказано воздействие на атмосферный воздух, которое необходимо оценить количественно и качественно, для чего составляются инвентаризационные ведомости [5], учитывающие все виды воздействий на компоненты окружающей среды в границах анализируемой систе-

мы (табл. 1) [6].

Все перечисленные в ведомостях показатели разделены по категориям в соответствии с характером воздействия на окружающую среду или человека. Затем в рамках каждой категории все показатели пе-

53

ресчитаны на единые единицы измерения для проведения их количественного сравнения (табл. 2).

Таблица 2

Категории воздействия

По полученным данным построены экологические профайлы для каждой категории отдельно, позволяющие сравнить воздействие на окружающую среду каменного угля и вторичного топлива из отхо-

дов (рис. 2, 3).

54

Рис. 2. Сравнение воздействия каменного угля и ВТ (RDF): а – на истощение ресурсов; б – на глобальное потепление

Рис. 3. Сравнение воздействия каменного угля и ВТ (RDF): а – на закисление почв; б – на здоровье человека

Из рисунков видно, что по категориям воздействия «Истощение ресурсов» и «Глобальное потепление» ВТ (RDF) более безопасен по сравнению с каменным углем, однако по двум другим («Закисление почв» и «Здоровье человека») воздействие его жизненного цикла выше. Это связано с тем, что в составе ТБО могут находиться отходы, содержащие опасные компоненты, которые будут выделяться при сжигании. Потенциальное негативное воздействие на человека может существенно снизить привлекательность вторичного топлива из отходов для потребителей. Для уточнения данных необходимо провести

55

подобную оценку на основании российских данных, однако на сегодняшний день это достаточно сложно ввиду недостаточного распространения данного вида топлива, малых объемов его использования, недостатка информации.

Использование ВТ (RDF) возможно только при совершенствовании систем газоочистки на предприятиях, что позволит очищать атмосферный воздух от вредных примесей, способных нанести ущерб окружающей среде и здоровью человека.

Использование вторичного топлива из отходов позволит существенно экономить традиционные виды топлива. Несмотря на то, что на сегодняшний день мировые запасы топлива велики, в долгосрочной перспективе этот аспект необходимо учитывать.

Список литературы

1.Вайсман Я.И., Карманов В.В., Ерхова Н.Е. Экологический менеджмент на промышленных предприятиях: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2006. – 127 с.

2.Анализ перспектив извлечения материального и энергетического потенциала из потоков твёрдых бытовых отходов / Я.В. Базыле-

ва, Н.Н. Слюсарь, Г.В. Ильиных, В.Н. Коротаев // Теоретическая

иприкладная экология. – 2013. – № 1. – С. 61–66.

3.ГОСТ Р ИСО 14040-2010. Экологический менеджмент. Оценка жизненного цикла. Принципы и структура. – Введ. 2010-03-25. – М.: Изд-во стандартов, 2010. – 34 с.

4.Substitution von Primärbrennstoffen durch Sekun-därbrennstoffe. Entsorgergemeinschaft der Deutschen Entsorgungs-wirtschaft / R. Scholz [und and.].– EdDE Dokumentation. – 2003.

5.Tool for calculating greenhouse gases in solid waste management. Jurgen Giegrich, Regine Vogt. – Institut fuer Energieund Umwelt-forschung Heidelberg GmbH, 2009. – 55 p.

6.Beckmann M., Karl H.C., Thome-Kozmiensky H.C. Ersatzbren- nstoffe–Chancen und Problemen // Aufbereitungs Technik / Mineral Processing. – 2004. – No. 47.

56

Сведения об авторах

Базылева Яна Вадимовна – аспирантка, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: bazylevajana@gmail.com.

Слюсарь Наталья Николаевна – кандидат технических наук,

доцент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: nnslyusar@gmail.com.

Вайсман Яков Иосифович – доктор технических наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: eco@pstu.ru.

57

УДК 504.064.47

Д.Л. Борисов

АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗРЫВАТЕЛЕЙ ПАКЕТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОРТИРОВКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

На настоящий момент технология сортировки твердых бытовых отходов с применением оптического распознавания и механической сепарации является наиболее передовой во всем мире. Но для достижения максимальной эффективность ее функционирования входящий поток отходов должен быть определенным образом подготовлен. Одной из основных задач подготовки потока перед сортировкой является разрыв пакетов, в которых ТБО транспортируются, и дозирование материала к распознающему устройству. В данной статье приводится анализ конструктивных особенностей различных разрывателей пакетов, представленных на современном рынке.

Ключевые слова: вторичное сырье, твердые бытовые отходы, ручная сортировка, оптико-механическая сортировка, разрыватель пакетов.

D. Borisov

ANALYSIS OF BAGOPENER DESIGN

AND TECHNOLOGICAL FEATURES TO IMPROVE MUNICIPAL

SOLID WASTE SORTING EFFICIENCY

At present, the technology of municipal solid waste sorting using optical character recognition and mechanical separation is the most advanced in the world. But incoming waste flow must be prepared a certain way to maximize the sorting efficiency. One of the main preparation tasks is break packages in which MSW transported, and dosing material to recognizing device. This article provides an analysis of the bagopener design features on the market today.

Keywords: recycling materials, municipal solid waste, manual sorting, optical-mechanical sorting, bagopener.

Введение

На настоящее время в России, как и во всем мире, происходит постоянный рост объемов ТБО, поэтому вопросы управления этим процессом стоят чрезвычайно остро. Решение этих вопросов должно

58

опираться на новые технологические и технические подходы, которые бы смогли обеспечить требуемую производительность переработки ТБО с запасом на будущее увеличение его объема.

Примером такого подхода является применение в процессе сортировки ТБО оптического распознавания и механической сепарации компонентов. Такое оборудование позволяет в десятки раз увеличить производительность линии сортировки по сравнению с традиционной ручной технологией. Однако применение такого оборудования повышает требования к качеству входящего потока отходов. Так, поток ТБО должен быть детерминирован по элементам, т.е. нельзя допускать перекрывание элементами ТБО друг друга, с тем чтобы оптический сканер максимально уверенно распознавал материал элемента, а соответственно, система сепарации максимально качественно выделила его из потока. Также поток должен быть равномерно распределен по подводящей к сканеру поверхности (обычно этой поверхностью служит конвейерная лента).

При наличии таких требований становятся проблемой мусорные пакеты, в которые население упаковывает свои отходы и складывает в контейнеры. При сравнительно небольших объемах сортируемых ТБО (до 100 тысяч тонн/год) эта проблема решается специально выделенным для разрыва пакетов рабочим. Однако при больших объемах переработки рабочий не справляется, а выделять на этот процесс большее количество сотрудников экономически нецелесообразно. В этой ситуации в самое начало сортировочной линии вводят машину для разрыва пакетов.

Машины для разрыва пакетов

В настоящее время на рынке присутствует достаточно большое количество производителей такого оборудования, причем практически все из-за рубежа. Объясняется это тем, что сортировка ТБО в России – процесс, только набирающий обороты, при этом оптико-механическая сортировка ТБО для нас явление чрезвычайно редкое.

Существует несколько конструктивных исполнений машин, имеющих свои преимущества и недостатки.

Разрыватель пакетов компании ЕМС (Северная Ирландия) [2].

Конструкция данного агрегата является сравнительно простой (рис. 1)

59

Рис. 1. Разрыватель пакетов компании ЕМС «BOS 25000»: 1 – бункер-накопитель; 2 – питающий конвейер; 3 – барабан; 4 – барабанный нож; 5 – подпружиненный нож; 6 – амортизатор

Отходы фронтальным погрузчиком загружаются в бункернакопитель 1, далее цепным транспортером 2 подаются к барабану 3. Мешки подхватываются установленными на барабане ножами 4. Когда мешки проходят через стационарные ножи 5, происходит разрыв,

исодержимое пакета вываливается наружу и далее поступает на следующие этапы линии сортировки. Стационарные ножи 5 устанавливаются на раме агрегата с применением пружинных амортизаторов 6. Сделано это с целью предохранения оборудования от поломки при попадании элементов ТБО высокой прочности (камни, дерево, металл

ит.д.). Также амортизаторы позволяют без деформации пропускать объемные элементы ТБО, такие как ПЭТ-бутылка, ПЭ-канистра и др. Производительность установки можно регулировать в определенных пределах с помощью изменения скорости конвейера 2. Компания вы-

пускает разрыватели пакетов в двух исполнениях применительно к ТБО: 25 т/ч и 40 т/ч.

Разрыватели пакетов BAGSTOR-HT компании MetalTech Systems (США) [3]. Конструкция разрывателя представлена на рис. 2. Отходы загружаются в бункер-накопитель 2, с помощью питающей плиты 3 осуществляется регулируемая по скорости подача отходов к цепному конвейеру 5. Цепным конвейером мешки подхватываются и доставляются к блоку разрывания 7. Блок разрывания включает в себя качающиеся ножи 2 (рис. 3) и регулируемые резцы 3. Регулируемые резцы имеют в качестве одной опоры датчики нагрузки 4. При

60