книги / 827

Ресурсосбережение

деятельности оценка предотвращенного ущерба проведена по следующим направлениям: ущерб от загрязнения атмосферного воздуха; ущерб водным ресурсам; ущерб от загрязнения почвы и изъятию земельных ресурсов.

Известно, что затратно-прибыльный анализ применяют для решения об осуществимости проекта, сравнивая предполагаемые затраты с ожидаемой прибылью. Положительное отношение озна- чает, что прибыль превосходит затраты, проект экономически эффективен и его осуществление экономически рентабельно. Если затраты превосходят прибыль, логично поискать иное решение. Для обоснования целесообразности применения методов ручной

èавтоматической сортировки рассмотрены два модельных завода, на которые поступают смешанные отходы одинакового морфологического состава. При определении технико-экономических показателей учтены как капитальные (стоимость зданий и сооружений, технологического оборудования, машин и механизмов), так

èэксплуатационные затраты (электроэнергия, заработная плата персонала, топливо, страховые взносы и т.п.).

Предотвращенный экологический ущерб рассчитывался для ручной и оптической сортировки, в качестве нулевого сценария использовалась величина предотвращенного экологиче- ского ущерба при захоронении 333 тыс. т отходов (рис. 6).

Рис. 6. Величина предотвращенного экологического ущерба, млн руб./год

Результаты сравнения затрат по переработке отходов представлены в табл. 2.

71

Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. ¹ 3

Таблица 2

Показатели экономической эффективности методов сортировки

Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат показало, что оптическая сортировка имеет приоритет перед ручной сортировкой, в том числе и по чистоте отбираемого сырья, что делает ее более эффективной и рентабельной в рыночных условиях.

Библиографический список

1.Управление отходами. Полигоны захоронения твердых бытовых отходов / Я.И. Вайсман [и др.]. – Пермь: Èçä-âî Ïåðì. ãîñ. òåõí. óí-òà, 2007. – 464 ñ.

2.Концепция обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации: утв. Постановлением коллегии Госстроя России от 22.12.1999 № 17. ÌÄÑ 13-8.2000.

3.Петров В.Г., Чечина А.А. Линии сортировки мусора. Перспективы применения. – Ижевск: Изд-во Ин-та прикл. мех. УрО РАН, 2005. – 112 с.

4.Автоматические системы сортировки отходов [Электронный ресурс] // Твердые бытовые отходы. – URL: http://www.solidwaste.ru/ technologys/view/146.html

5.Слюсарь Н.Н., Борисов Д.Л., Григорьев В.Н. Разработка комплексной технологической схемы сортировки твердых бытовых отходов // Вестник ПГТУ. Урбанистика. – Пермь, 2011. – № 3. – Ñ. 75–82.

72

Ресурсосбережение

6.Rebernig G. Methode zur Analyse und Bewertung der Stoffflüsse von Oberflächen einer Stadt // Vortrag: Seminar Abfallwirtschaft und Ressourcenmanagement, Wien, 08.01.2007. – URL: http://publik.tuwien.ac.at/ files/PubDat_148594.pdf.

7.Brunner P.H. MFA Case Studies for Industries. – Vortrag: CTCI Foundation – Workshop, Taipeh, Taiwan R.O.C., 05.10.2009. – URL: http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_177691.pdf.

Получено 24.06.2012

M. Grigoryeva

ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC EVALUATION OF MANUAL AND OPTICAL METHODS OF SORTING OF MUNICIPAL SOLID WASTE

In this paper the perspectives of sorting of municipal solid waste using manual and optical sorting techniques are presented. Basic methods of extraction of secondary raw materials from waste are analyzed. The method of material flow analysis and methods of determination of prevented environmental damage are described; the principles of cost-benefit analysis are stated. A method of evaluation of municipal solid waste sorting technologies, that includes material flow analysis, prevented environmental damage assessment and the analysis of cost-effectiveness, is developed. The main environmental, technical and economic indices of various technological schemes for sorting municipal solid waste using the proposed method are defined. Models of manual and optical sorting of municipal solid waste are developed, transformation ratios for all the production steps are defined. The values of prevented environmental damage and cost-effectiveness indices are evaluated. The last ones include capital and operating costs, sales income, capital expenditures payback period, total cost-effectiveness of capital investments. The conclusions on environmental and cost efficiency of manual and optical methods of sorting of municipal solid waste are drawn.

Keywords: municipal solid waste, optical sorting of waste, manual sorting of waste, prevented environmental damage, cost-effectiveness.

73

Градостроительная экология

(суммарно в качестве исходного сырья и энергоносителя), поэтому в условиях дефицита полимерного сырья отходы становятся мощным потенциальным сырьевым и энергетическим ресурсом.

Анализ видового состава образующихся полимерных отходов показал, что основными их составляющими являются отходы полиэтилена, ПЭТ, ламинированной бумаги, ПВХ, полипропилена и поликарбоната (рисунок) [1].

Рис. Структура полимерных отходов по видам (данные НИЦ по проблемам управления ресурсосбережения отходов)

Характерной особенностью отходов полимерных материалов (пластмасс) является то, что они устойчивы к агрессивным средам, процессы их деструкции в естественных условиях протекают медленно: прежде чем они будут утилизированы микроорганизмами, должно пройти 80–100 лет. Поэтому полимеры являются источником длительного загрязнения окружающей среды, а увеличивающиеся объемы их применения требуют все возрастающих затрат для защиты среды от полимерных отходов.

Высокая устойчивость полимеров к факторам внешней среды и большой их объем делают целесообразным их повторное использование. В отличие от металлолома, из которого можно получить конструкционный материал по свойствам, не уступающим исходному, полимерные материалы при изготовлении продукции ее эксплуатации изменяют свои свойства из-за процессов старения и сопутствующих химических реакций, поэтому из полимерных отходов довольно сложно полу- чить материал, идентичный исходному. Сложность проблемы

75

Градостроительная экология

При эксплуатации или хранении полимеры стареют, что проявляется в неблагоприятном изменении их свойств. Старение полимеров может быть следствием как физических процессов, например самопроизвольной кристаллизации или «выпотевания» пластификатора, так и химических, из которых наибольшее значение имеют структурирование и деструкция.

Деструкция полимеров может протекать в результате разрыва или распада (деполимеризации) основной цепи, отщепления или разрушения заместителей (боковых групп макромолекул). Различают физическую и химическую деструкции. Физи- ческая деструкция протекает под действием тепла, света, излучений высокой энергии, при механическом воздействии

èсоответственно называется термической, фотохимической, радиационной, механохимической деструкцией.

Состав отходов, поступающих на полигон твердых бытовых отходов, изменяется по мере изменения уровня жизни населения

èсильно отличается по сезонам года. Основной состав ТБО – бу-

и др. Органические вещества (бумага, древесные и пищевые отходы, пластмасса, текстиль) могут содержаться в пределах 50–80 %, влажность общей массы составляет 35–70 %. Состав органической составляющей ежегодно изменяется: уменьшается содержание бумажных упаковочных материалов и увеличиваются отходы полимерной тары и упаковки, пришедших в негодность или морально устаревших изделий из пластмасс бытового назначения. Если

âначале 1980-х гг. отходы пластмасс составляли не более 2 %,

âначале 1990-х гг. – на уровне 3–4 %, то в 2010 г. их содержание возросло до 12–16 %. На полигонах ТБО больших городов содержание полимерных отходов выше, чем в малых городах.

Твердые бытовые отходы на полигоне обладают механиче- ской (структурной) связностью за счет волокнистых фракций (текстиль, проволока и др.) и сцепления, обусловленного нали-

чием влажных липких компонентов, поэтому они склонны к сводообразованию. ТБО отличаются также слеживаемостью, т.е. при длительной неподвижности теряют сыпучесть и уплотняются с выделением фильтрата без дополнительных внешних воздействий. В свежеуложенных слоях ТБО полимерные отходы

77

Градостроительная экология

торые активизируют деструкцию полимерных макромолекул при более низкой температуре.

Влажность содержимого полигона довольно высокая. Пробные раскопки полигонов ТБО показывают, что на глубине 30–40 см содержимое полигона представляет собой вязкую, липкую сплошную среду, переплетенную ветками, текстильными отходами и т.п. Так как поступление кислорода воздуха в эти слои ограничено, гидролитическая деструкция (гидролиз) полимеров является преобладающей. Глубина деструкции и ее механизм зависят от структуры полимера, а также от скорости диффузии воды и других катализаторов в реакции – щелочей, кислот и микроорганизмов. Следует также иметь в виду, что карбоксильные группы, образующиеся в процессе гидролиза,

âдальнейшем сами способствуют ускорению процесса деструкции, т.е. наблюдается автокаталитический эффект.

Карбоксильные группы способствуют росту микроорганизмов в полимере, которые, в свою очередь, ускоряют гидролити- ческое разложение макромолекулы. Особой жизнеспособностью обладают микроскопические грибы, которые практически любое углеродсодержащее соединение могут использовать в качестве источника питания. Развиваясь на поверхности изделий из полимерных материалов, грибы синтезируют различные метаболиты: свободные аминокислоты, органические кислоты, ферменты, а также всевозможные недоокисленные продукты обмена. Органические кислоты, интенсивно образуемые грибами при повышенной (до 70 °С) температуре и влажности, а также при недостатке кислорода, играют двойную роль: действуют на пластмассы как агрессивные среды и являются источниками углерода для дальнейшего развития грибов.

Рост микроорганизмов возможен также в полимерах, содержащих в основной цепи гидролитический азот, например,

âполиуретанах. Биодеструктивным действием в полимерах обладают также группы –ÎÍ– è –ÑÍΖ.

Общепризнано, что биологическое разрушение пластмасс связано в основном с разрушением добавок, а не собственно полимера. Низкомолекулярные добавки (смазки, пластификаторы, антиоксиданты, светостабилизаторы и т.д.) могут мигрировать к поверхности изделия из пластмассы и способствовать росту

79

Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. ¹ 3

микроорганизмов. В этом случае ухудшение свойств пластмасс можно объяснить потерей добавок в результате микробиологи- ческих процессов. Микроорганизмы развиваются на пластмассах со скоростью, обратно пропорциональной их молекулярной массе, следовательно, химические и физические процессы деструкции, приводящие к образованию низкомолекулярных фракций полимеров, поддерживают рост микроорганизмов [4, 5].

Общий эмиссионный поток, поступающий в окружающую среду в результате разложения ТБО, можно классифицировать по агрегатному состоянию на поток газообразных Эã (в основном характеризуется генерацией биогаза), растворимых Эð (образование фильтрата) и твердых веществ Эò (свалочный грунт и аккумулированные в нем нерастворимые соединения):

Убывание разлагаемых компонентов ТБО по массе может быть описано уравнением [2]

ãäå m – количество оставшейся массы на момент времени t; m0 – исходное количество массы на момент времени t0, êã; T0,5 – время полуразложения, лет; ∆t – время складирования, лет.

Проведенными по формуле (2) вычислениями определена величина убывания массы материалов ∆m при полном разложении, что позволяет количественно оценить (Эã + Ýð). Материальный баланс деструкции углеродсодержащих компонентов ТБО представлен в таблице.

Материальный баланс деструкции углеродсодержащих компонентов 1 кг ТБО г. Перми [3]

80