Общероссийское Общественное Объединение
«Союз промышленников и предпринимателей Ленинградской области»

Общество с ограниченной ответственностью
«ЭКО-МАРКЕТИНГ»

Технико-экологическое предложение

Авторы:

1. Исходные данные. Цели и предпосылки, предложения.

1.1. Исходные данные.

В качестве исходных данных используется информация ООО «Экомониторинг» о полигоне (свалке) в Гатчинском районе Ленинградской области, расположенной на территории 7,35 га и где размещено 467 тыс. м3 отходов. Начало складирования отходов относится к 2004 году.

1.2. Цели предложения.

Общие цели:

- ликвидация полигона (свалки),

- решение экологических проблем места расположения полигона, свалки,

- эффективное подавление патологической микрофлоры, содержащейся в отходах,

- обеспечение энергоснабжения оборудования ликвидации полигонов и свалок за счёт собственной потенциальной энергии отходов,

- повышение рентабельности проекта за счёт реализации энергообеспечения ближайших населённых пунктов.

- реабилитация территории путём её обеззараживания и рекультивации, возврат территорий в хозяйственный оборот.

Локальные цели относительно полигона в Гатчинском районе:

- создание пилотного образца технологии ликвидации полигонов и свалок,

- изучение качества экологического состояния до и после ликвидации свалки,

- изучение способов энергетического самообеспечения технологии и реализации энергии на сторону.

1.3. Новизна, научные предпосылки, конкурентоспособность.

В проекте предполагается использовать технологические решения по переработке лежалых отходов в зависимости от состояния разложения органики свалочного тела. Новизна технического решения заключается в использовании различных технологических процессов и оборудования в зависимости от степени разложения органики в свалочном теле.

Так, научные исследования определяют остаточное содержание органики в слоях 30-ти летней давности закладки на уровне 28%. Для этих слоёв со значительным разложением органики целесообразно анаэробное, аппаратное (т.е. ускоренное) дображивание с полным обеззараживанием свалочного тела, с получением биогаза для энергетических целей и обеззараженного компоста. Принципиальная технологическая схема «уничтожения» и свалок ТБО представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема «уничтожения» полигонов и свалок ТБО.

Для слоёв, с содержанием оставшейся органики от 30 до 70%, целесообразен процесс низкотемпературного пиролиза с получением топливных продуктов в виде жидкого топлива, горючего газа и пироугля. Получаемый горючий газ практически полностью используется самой установкой, жидкое топливо может быть использовано на реализацию или на выработку электроэнергии. Пироуголь после сепарации и прессования может быть реализован как топливные брикеты. Зольный остаток после просеивания реализуется в смеси с компостом.

Для верхних «молодых» слоёв с содержанием оставшейся органики от 70 до 100% может быть целесообразен дальнейший низкотемпературный пиролиз с получением топливных продуктов или высокотемпературная инсинерация отходов с получением большого количества тепловой энергии. Возможны комбинационные решения. Не исключается использование термического процесса высокотемпературного пиролиза органики с получением синтез-газа (СО и Н₂) и с выработкой электроэнергии на его основе для собственных нужд и реализации. Зольный остаток после просеивания также реализуется в смеси с компостом.

Обеззараженный в процессе брожения компост в смеси с зольным остатком в примерном соотношении 2:1 предполагается использовать в ландшафтном строительстве.

Технологическая новизна по переработке отходов заключается в переработке лежалых свалочных масс без сортировки и в изолированном от человека полуавтоматическом режиме.

Конкурентоспособность предлагаемых решений заключается в новизне постановки задачи. Никто ещё не ставил целью ликвидацию свалок и полигонов с реабилитацией территории путём её обеззараживания и рекультивации, с возвратом территорий в хозяйственный оборот и, при этом, энергоснабжение оборудования ликвидации полигонов и свалок обеспечивать за счёт собственной потенциальной энергии отходов. В настоящий момент такое отечественное оборудование уже есть, оно изготовливается российскими предприятиями и адаптировано к требованиям ликвидации полигонов. Так, ЗАО «Безопасные Технологии» (Санкт-Петербург) изготавливает пиролизные установки и инсинераторы, используемые для экологических целей, инженерная компания ООО «НПО «СПб ЭК» специализируется на создании энергогенерирующих мощностей на основе анаэробного сбраживания органики, проектная организация ООО «ОПКТБ «Экоинж» проводит научный аудит по теме исследований, осуществляет расчёты, проектирование и подбор оборудования, компания ООО «Эко-Маркетинг» проводит маркетинговые исследования и организационные мероприятия.

Пока подобная деятельность за рубежом не известна. Даже, таким образом не ставится вопрос и на перспективу. Это связано, в первую очередь, с другим уровнем экологической защиты создаваемых полигонов, с постоянным мониторингом состояния полигонов. Во вторых, при наличии раздельного сбора отходов и высоком уровне рециклинга, состав захораниваемых отходов за рубежом (особенно в развитых странах ЕС) значительно отличается от российского и в меньшей мере опасен и токсичен.

2. Описание проекта.

2.1. Состояние проблемы. Назначение разработки.

Современные свалки и полигоны ТБО которые исчерпали ресурс эксплуатации в размере 30 лет и более, должны быть подвергнуты закрытию с последующей рекультивацией. Кстати – полигонов с 30-летним стажем в нашей стране ещё нет, это всё свалки, ибо необходимых инженерных защитных сооружений там нет и не было. Финишная рекультивация предполагает проведение комплекса инженерных изысканий (четыре вида изысканий: геодезические, геологические, гидрометеорологические и экологические), создание системы перехвата и очистки фильтрата, дегазацию полигона, создание газо-влагонепроницаемого покрытия, создание системы мониторинга за состоянием свалочного тела. Свалка остаётся в сфере наблюдения, контроля и некоторой эксплуатации ещё 50-80 лет. На этой территории нельзя строить капитальные сооружения, запрещается строительство жилья, нежелательно рекреационное использование территории, на этой территории не будет расти лес и крупный кустарник, т.к. корни крупных растений могут прорвать полимерный экран, появятся потоки биогаза, который будет подавлять и угнетать корни растений. На рекультивированном полигоне со временем возможны только сенокосы. Примером сказанному является ситуация в Приморском районе г. Санкт-Петербурга, где на территории бывшей Приморской свалки вырос новый микрорайон «Комендантский аэродром». Приморскую свалку частично вывезли, частично рекультивировали, а частично засыпали строительными отходами. До сих пор (прошло более 30 лет) из земли торчит полиэтилен, в определённые дни ощущается специфический запах, а в подъездах некоторых домов присутствует явный запах биогаза. Таких «точек» в г. Санкт-Петербурге немало, они известны.

Таким образом, бывшая свалка или полигон ТБО как биологическое образование имеет длительный срок жизни: 30 лет заполняется и до 100 лет «живёт» после закрытия. На весь срок земли выведены из хозяйственного оборота и весь срок сохраняется экологическая напряжённость вокруг этого образования. А крупные свалки, такие горы – гиганты как свалка на Волхонском шоссе и свалка возле посёлка Новосёлки представляют собой настоящие экологические «бомбы», готовые преподнести городу экологические катастрофы вследствие наводнений или ураганов, которые, как показал печальный опыт Японии (цунами 2011 года) и Филиппин (ураган 2013 года), никогда из жизни исключать нельзя (вспомним торнадо на северо-западе России и ураганы в Псковской и Ленинградской области в те же 2011-2013 годы).

Назначение разработки состоит в том, что на малом объекте отрабатывается технология и оборудование для решения задачи ликвидации крупных полигонов, таких, как Волхонский полигон ТБО и полигон в пос. Новосёлки. При этом на малом объекте решается весь комплекс технических проблем: добыча свалочного тела в бесконтактном для человека режиме, полное обеззараживание отходов, использование энергетического потенциала отходов для собственных нужд и для реализации, материальная минимизация отходов с созданием возможности полезного использования отходов. Также решается задача по улучшению экологической обстановки, освобождаются земли под хозяйственную деятельность, производятся для реализации населению дешёвые топливные продукты в виде жидкого (печного) топлива и топливных брикетов, создаются рабочие места.

Отработанная технология становится основополагающей для ликвидации крупных полигонов, используемое оборудование малого объекта или тиражируется или масштабируется.

Основные выводы:

- отработавшие свалки и полигоны необходимо ликвидировать путём переработки содержимого;

- освободившиеся земли необходимо реабилитировать и обеззараживать;

- биологическую энергию свалочного тела целесообразно полезно использовать.

2.2. Описание технологий производств.

Технология «добычи» свалочного тела для переработки.

Свалочное тело любой свалки представляет собой биомассу разной степени разложения или перегнивания. Современные твёрдые бытовые отходы на 80% состоят из органических материалов, среди которых присутствуют материалы быстрого разложения (пищевые отходы, растительные: трава, листья, сучья), среднего по времени разложения (бумага, текстиль, дерево, кожа и др.) и длительного – резина, пластмассы и пр. Кроме того, на полигонах размещают медицинские и биологические отходы, некоторые виды промышленных и строительных отходов. Нередко на полигонах ТБО размещают и жидкие бытовые отходы. Фракционный состав отходов очень разнообразен. Эпидемиологическая опасность высокая и непредсказуемая.

Разработка свалочного тела в первую очередь должна начинаться с санитарно-гигиенических исследований, после чего необходимо провести инженерные изыскания, а затем разработать проект разработок. Очевидным кажется то, что разработка должна вестись закрытым способом, исключающим контакт человека со свалочными массами. Это возможно с использованием механических автоматизированных проходческих щитов для сооружения тоннелей и коллекторов.

Конструктивно механические проходческие щиты представляют собой изделие, напоминающее крота. Это цилиндрический корпус с режущей головкой, пропускающий через себя измельчённые массы (породы, грунта или свалочных масс), и самодвижущийся вперёд за счёт отталкивания от окружающей среды. После себя проходческий щит оставляет тоннель из металлических труб большого диаметра, который используется для постоянного извлечения свалочных масс. При прохождении насквозь свалочного тела трубы извлекаются, обрушивается образовавшийся тоннель, щит повторно проходит в другую сторону по тому же пути или иному.

Механизированный щит работает в автоматическом режиме без присутствия человека при проходке. Извлечение свалочных масс может быть различными способами: конвейерное, капсульное, гидравлическое. Из соображений полной герметичности свалочных масс для человека, предпочтительнее рассматривать гидравлический способ, широко используемый при проходке в породах. Механизированные щиты для проходки коллекторов диаметром 2-3 метра (именно такой размер представляется оптимальным при разработке полигонов и свалок) изготавливаются и эксплуатируются в нашей стране, например, компанией ООО «Крот Инжиниринг».

Технология сбраживания и переработки свалочных масс.

Технологическая схема сбраживания и переработки свалочных масс представлена на рис.2.

Рис.2. Технологическая схема сбраживания и переработки свалочных масс.

Свалочные массы поступают в бак-смеситель (1), оборудованный размешивающим устройством, где его влагосодержание доводится до 93% за счёт оборота воды в процессе и, если необходимо, от внешнего источника водоснабжения. Пульпа насосом (2) подаётся в гидросепаратор (3). Два последовательных теплообменника (4,5) повышают температуру пульпы до 53-54оС. Подготовленная пульпа поступает в многосекционный биореактор непрерывного действия – БНД (6), где производится её сбраживание в течение 172 часов. Образующийся биогаз подвергается очистке и осушке и направляется на утилизацию в газовый дизель-генератор (7) с выработкой электроэнергии для энергетических целей производства. Теплота выхлопных газов используется в когенерационной установке (8) для выработки тепла, используемого для собственных нужд и для других полезных целей.

Обработанная в БНД пульпа поступает на механическое обезвоживание (9) до влагосодержания ~80%, после чего она поступает на участок приготовления компостов. Вода, полученная при механическом обезвоживании пульпы, подаётся в систему гидротранспорта свалочного тела (начало процесса).

Технология термической переработки свалочных масс.

Технологическая схема узла термической переработки свалочных масс представлена на рис. 3.

Рис.3. Технологическая схема установки термической переработки свалочных масс.

Используется технология термической деструкции органических веществ при нагреве без доступа воздуха. Для реализации технологии свалочные массы загружаются в пиролизную камеру (1) и помещаются в печь (3) с газожидкостными горелками (15). Печь герметизируется загрузочным окном (2). При сжигании топлива обогревается пиролизная камера, дымовые газы дымососом (4) через дымовую трубу (5) выбрасываются в атмосферу. Это экологически чистые выбросы при сжигании газообразного и жидкого углеводородного топлива. В пиролизной камере при температуре 300 – 400ºС происходит деструкция органических материалов, в результате чего образуется пироуголь и пиролизный газ, который выводится из пиролизной камеры через фильтр (6), охлаждаемый воздухом, и подаётся в теплообменник – конденсатор (7) типа «труба в трубе» с водяным охлаждением от аппарата воздушного охлаждения - АВО (8). Пиролизный газ, представляющий собой газовую смесь, состоящую из водяного пара, углеводородных газов и неконденсирующихся горючих газов, охлаждается, в результате чего водяной пар и некоторые углеводородные газы конденсируются. Образующаяся газожидкостная смесь поступает в разделитель (9), где вода – дистиллят (более тяжёлая) скапливается на дне аппарата и выводится в свой сборник (11), а углеводородная топливная жидкость (печное топливо) собирается в верхних слоях жидкой фазы. Из газожидкостного разделителя несконденсировавшиеся газы через гидрозатвор – очиститель (10) в виде топлива при помощи компрессора (14) подаются на сжигание для обогрева пиролизной камеры. Печное топливо собирается в накопительном баке (12) и насосом (13) подаётся либо на горелки (15), либо на склад. По завершении пиролиза пиролизная камера выгружается из печи на сито с конвейером, содержимое сепарируется. Пироуголь (19) собирается отдельно, металл отделяется металлоотделителем (16) и собирается в контейнер (17), стекло и камни (18) можно использовать в строительных целях без разделения, а при необходимости их можно разделить вручную.

ЗАО «Безопасные Технологии» (Санкт-Петербург) изготавливает установки низкотемпературного пиролиза двух модификаций: 100 кг/час – УТД-1 и до 800 кг/час – УТД-2.

2.3. Конструкции основных узлов технологической схемы.

Биореактор непрерывного действия.

Биореактор предназначен для сбраживания значительно разложившихся отходов, извлекаемых из свалочного тела, и компонуется из одинаковых стеклопластиковых секций, каждая из которых представляет собой вертикальный резервуар диаметром 3 м и высотой корпуса 11,8 м теплоизолированный пенополистиролом толщиной не менее 100 мм. Объём ёмкости 80 м3, вместимость секции 76 м3 по жидкости и около 4 м³ по газу. Секция снабжена соединительными патрубками по жидкости и по газу, газовым предохранительным клапаном, штуцерами для присоединения измерительных и контролирующих приборов.

Биореактор компонуется на открытой площадке размерами 10 на 25 м с сооружением опорной конструкции с верхней площадкой обслуживания (рис. 4). Циркуляционные насосы в количестве 17 шт. устанавливаются на той же площадке на нулевой отметке. Число секций биореактора – 16, число рядов секций – 2.

Рис. 4. Блок биореактора непрерывного действия.

Энергоблок.

Энергоблок предназначен для выработки электрической и тепловой энергии, а также энергопродуктов, путём переработки органики отходов из свалочного тела и утилизации биогаза от установки сбраживания отходов (рис. 5). Энергоблок состоит из двух установок термической деструкции органики свалочных масс УТД-2 и когенерационной установки утилизации биогаза с газовыми дизель-генераторами.

Рис. 5. Энергоблок с дизель-генераторами и пиролизными установками.

Две установки пиролиза органики УТД-2 перерабатывают 1,00 т/час лежалых свалочных масс влажностью 50% или после гидротранспорта 1,67 т/час пульпы влажностью 70%. В результате пиролиза образуется 1,17 т/час воды в виде дистиллята-конденсата, 0,24 т/час жидкого органического печного топлива, 0,06 т/час газообразного и 0,1 т/час пироугля, а также 0,10 т/час неорганических веществ: металл, стекло, камни, песок.

При утилизации 0,057 т/час биогаза в энергоустановках с газовыми дизель-генераторами можно получить до 366 × 0,35 = 130 кВт электрической мощности и 366 × 0,55 = 200 кВт тепловой мощности.

На технологические нужды поддержания термофильного процесса брожения при +53°С потребуется 125 кВт тепловой мощности, что обеспечивается когенерационной установкой.

Пиролизная установка УТД-2 состоит из двух блоков смонтированных каждый в 40-футовом контейнере. Когенерационные установки монтируются на площади 6×6 м каждая. Общая площадь помещения энергоблока 12 х 18 м = 216 м2. Занимаемая площадь участка – 300 м2. Участок под действующие и резервные ёмкости дизельного топлива 6 х 6 м = 36 м².

Участок приготовления компостов.

Поток пульпы после биореактора на обезвоживание с учётом отвода биогаза составит 7,0 т/час – 0,057 т/час = 6, 943 т/час при содержании влаги 6,6 т/час (влажность 95%).

Обезвоживание до влажности 80% обеспечивается центрифугами (рис. 6.), при этом от потока пульпы отводится 5,228 т/час воды. Пастообразная пульпа в количестве 1,715 т/час, содержащая 1,372 т/час воды и 0,343 т/час сухого вещества поступает на участок приготовления компостов. При смешивании обезвоженной перебродившей пульпы, отходящей от центрифуги в количестве 1,715 т/час и влажностью 80%, с сухим торфом в количестве 1,715 т/час и влажностью 40% можно получить компостную массу в количестве 3,43 т/час влажностью 60%.

Рис. 6. Приготовление компостов.

При расчёте занимаемых площадей принято, что необходимо создавать 10-ти суточный запас торфа и 10-ти суточный запас готового компоста.

Площадка для складирования торфа плотностью 800 кг/м3 при высоте бурта 2 м займёт площадь 1,715 т/час × 24 × 10 / 0,8 т/м3 / 2 м = около 250 м2. Площадь 25 × 10 м.

Площадка складирования готового компоста плотностью 900 кг/м3 при высоте бурта 2 м займёт площадь 3,43 т/час × 24 × 10 / 0,9 т/м3 / 2 м = около 460 м2. Площадь 46 × 10 м.

Оборудование системы ликвидации накопленного экологического ущерба в виде полигона (точнее свалки) ТБО включающее: биореактор для сбраживания и дезинфекции свалочных масс с участком приготовления и хранения компоста, энергоблок утилизации биогаза и термической (пиролизной) переработки свалочных масс размещено на площади 0,2 га и представлено на рис.7.

Рис. 7. Производственная площадка площадью 40×50=2000 м².

Техническая характеристика системы ликвидации полигонов, свалок.

3. Экономические, социальные и экологические показатели

Решение большинства проблемных узлов по ликвидации накопленного экологического ущерба не может представлять собой источник быстрой прибыли, не может иметь экономически целесообразного срока окупаемости вкладываемых средств. Финансирование подобных проектов – это незначительный возврат долгов всему населению региона за уже подорванное здоровье и минимальное авансирование улучшение здоровья подрастающих поколений.

Экономические показатели.

Затраты в млн. рублей:

Предлагаемое мероприятие затратно. Основные затраты связаны с «добычей» свалочного тела для переработки и, главным образом, с необходимой герметичностью добываемого сырья по отношению к человеку. Разрабатывать свалку открытым способом нельзя. Помимо газовых выделений есть опасность инфекционного заражения через воду, птиц, насекомых, животных, опасность разноса ветром.

Социальные показатели

Главный социальный показатель – реализация мер по оздоровлению окружающей среды, по прекращению размещения отходов в Земле, которая принадлежит не только живущему сейчас поколению, но будущим поколениям.

Второй социальный показатель актуальности реализуемых мер – это создание пилотной установки для реализации масштабных проектов подобного рода.

Третий – создание дополнительных рабочих мест: не менее 15 для пилотной установки и не менее 150 при разработке свалок – гигантов.

Экологические показатели

Экологические показатели в виде снижения вредного воздействия на окружающую среду газовых выделений от свалки, в виде снижения проникновения свалочного фильтрата в грунтовые воды, в виде ликвидации мест размножения грызунов и насекомых, в виде ликвидации объектов возгораний – всё это есть меры по оздоровлению окружающей среды. Экологические показатели местности в значительной мере улучшатся при возврате в хозяйственный оборот земель, освобождённых от свалок, при использовании их сначала под сенокосы, а затем и под сельскохозяйственную деятельность.