Мусороперерабатывающие комплексы. Новые технологии.
Александра Исаева, Владимир Сысолятин, Аника Чебан
Технологии утилизации бытовых отходов прошли долгий путь развития от простого вывоза на полигоны до максимального восстановления сырья на современных мусороперерабатывающих комплексах. На сегодняшний день идея использования предприятий мусороперерабатывающей отрасли (мусоросжигательные заводы (МСЗ), электростанции на твердых бытовых отходах (ТБО), мусоросортировочные станции, мусороперерабатывающие заводы (МПЗ)) максимально созвучна принятому мировой архитектурой курсу на внедрение программы устойчивого развития. Переработка отходов как основное назначение подобных предприятий уже сама по себе является значимой частью данной программы, а постоянное улучшение технологий позволяет заметно снизить воздействие на окружающую среду.
Кроме того, концепция переработки отходов перерастает в идею «безотходности» соответствующего производства, поэтому на промышленных предприятиях этого сектора все чаще внедряются новейшие системы, наиболее эффективно использующие различные виды ресурсов: от водных до энергетических.
Большинство инженерных систем мусороперерабатывающего комплекса? (МПК) в силу специфики технологического процесса связано с эксплуатацией систем вентиляции, дымоочистки и водоотведения. Требования к отоплению и водоснабжению играют менее заметную роль. Технологическое оборудование может существовать и вне оболочки, поэтому основной задачей инженерных систем является сокращение загрязнения окружающей среды продуктами хранения и обработки ТБО.
Наибольшей проблемой в функционировании мусороперерабатывающих и мусоросжигательных комплексов всегда являлось загрязнение атмосферы продуктами сгорания ТБО (тяжелыми металлами, диоксинами и т. д.), поэтому ключевые разработки связаны именно с системами газоочистки. На сегодняшний день созданы технологии, позволяющие не только уменьшать объемы вредных выбросов, но также снижать нагрузку на сопутствующие инженерные системы.
Швейцарско-японская компания Hitachi Zosen Inova AG разработала сухую систему газоочистки (продувание через сухие реагенты, рис. 1). Технология полностью исключает использование влажных фильтров, для которых требовалось устройство особых систем водоотведения и водоочистки. Кроме того, температура дымовых газов в данной технологии позволяет использовать рекуператор на выходе из цепочки фильтров. Это снижает количество выбросов теплоты как загрязняющего фактора и приводит к значительной экономии на теплоснабжении. Рекуперационные установки полностью заменяют основные системы теплоснабжения технологических отделений, в которых происходит сжигание ТБО и газоочистка.
В настоящее время мусоросжигательные заводы в России относят к I классу санитарной опасности с санитарно-защитной зоной 1 км. Однако применение новых систем газоочистки позволит сократить это расстояние и даже интегрировать МСЗ в городскую среду. Например на кровле завода Amager Bakke (BIG, 2017) в Копенгагене устроен парк, а зимой открыт горнолыжный спуск.
Отдельного внимания заслуживают технологии, использующие перерабатываемые массы ТБО в качестве дополнительного энергоресурса для инженерных систем здания.
Системы сжигания мусора благодаря установке дополнительных модулей могут быть адаптированы к производству электроэнергии: выделяемое в процессе сгорания ТБО тепло нагревает воду в замкнутом контуре, которая, переходя в парообразное состояние, приводит в движение турбину. Вырабатываемой энергии достаточно для поддержания функционирования самого мусоросжигающего завода (около 5–10 % вырабатываемой энергии), а также на подачу во внешние электросети. Так, завод, обрабатывающий 500 тыс. т отходов в год, может снабжать энергией город или район, численность населения которого составляет 80 тыс. человек. Подобные электростанции уже функционируют во многих странах Европы, а также в Японии и Китае. В России подобная технология с использованием отечественного оборудования представлена на Спецзаводе № 2 в Москве, а к 2023 году комплексы, работающие на ее основе, появятся в Подмосковье и Татарстане.
Рис. 2 Проект мусоросжигательного завода в Шенчжене
ТБО используются не только как «топливо», но и как ресурс для функционирования самой паровой турбины. Отстаивание отходов в приемном бункере приводит к образованию загрязненного фильтрата, который ранее либо поступал в системы водоотведения, либо сбрасывался через специальные геомембраны в почву. Однако более рациональным способом обращения с фильтратом стало накопление его в отдельном бункере с целью последующей очистки и использования для компенсации потерь жидкости в контуре парогенератора. В тот же бункер могут подаваться стоки от автоматической гидроуборки разгрузочного отделения, приводя к еще большей экономии ресурсов.
На мусороперерабатывающих предприятиях применяются и не связанные с основной функцией системы. Так, мусоросжигательный завод в Шэнчжене (рис. 2) позиционируется как экологичный проект благодаря не только выработке электроэнергии за счет сжигания ТБО, но и размещению на крыше модулей различного назначения. Кровля площадью 66 000 м2 состоит из четырех видов покрытий: обычного стекла, солнечных батарей, участков «зеленой» кровли и панелей для сбора дождевой воды. Самую большую часть крыши – 44 000 м2 – занимают фотогальванические элементы, вырабатывающие электроэнергию в дополнение к получаемой от сжигания мусора.
Мусоросжигательные заводы нового поколения, которые планируется построить в Московской области и Татарстане, представлены концептуальными проектами, привлекающими активное озеленение фасада. Подобные решения встречаются и на действующих мусороперерабатывающих заводах в Великобритании (Лидс) и Испании (Барселона). Идея испанского завода заключается в сохранении зеленых насаждений, которые перемещены с занятой МПЗ площади на кровлю данного сооружения, снабженную системами автополива.
Стоит отметить, что благодаря высокому уровню автоматизации на предприятиях по утилизации ТБО, а также сочетанию технологических систем, связанных с производственным процессом мусороперерабатвающих комплексов, и экологичных разработок, применимых в сооружениях любого типа, появляется возможность достичь практически полной энергетической и ресурсной автономности МПК. А использование систем генерации энергии позволяет перевести такие комплексы в категорию «активных объектов», производящих энергии больше, чем потребляющих. Подобные перспективы привлекают внимание архитекторов, вовлекая их в процесс совершенствования технологических разработок.
Если до определенного этапа архитектура мусороперерабатывающих предприятий просто подчинялась определенному технологическому решению, то в настоящее время возникает все больше проектов, где именно архитекторы становятся инициаторами выбора отдельных технических решений и принимают заметное участие в процессе развития технологий, предлагая принципиально новые структурные схемы. Так появились новые концепции, правда пока на стадии идеи: полностью автоматизированных вертикальных мусороперерабатывающих башен, интегрированных в городскую среду, а также плавучих островов по переработке отходов с использованием энергии рек.
Стоит обратить внимание на системы транспортировки ТБО, которые в дальнейшем также могут изменить облик МСЗ и МПК.
Традиционным видом транспортировки отходов является автомобильный транспорт (мусоровозы и большегрузный транспорт с использованием пресс-контейнеров). По возможности применяется более экономичная водная или железнодорожная транспортировка.
Однако наиболее перспективной является пневматическая система (рис. 3), в которой отходы перемещаются по трубам под высоким давлением. Пока такие системы ограничены техническими характеристиками: транспортировка происходит на дистанции до 4 км, то есть в пределах района или небольшого города. В ряде европейских стран такие трубопроводы перемещают ТБО из частных хозяйств в автоматические мусоросортировочные и мусоропрессовочные станции, из которых вывозятся автомобильным транспортом. Технически возможно дальнейшее увеличение мощности и подача ТБО непосредственно к месту утилизации, то есть на МПК.
Рис.3 Система пневматического мусороудаления
Кроме того, возможно устройство систем внутрирайонной утилизации ТБО в плазменных установках под землей. Это позволит постепенно отказаться от МСЗ и МПК как отдельных промышленных объектов в том виде, в котором они существуют в настоящее время. Возможные изменения отрасли обращения с отходами вплоть до полной трансформации всех инженерных систем и архитектурных типов затронет и организацию инженерных систем жилых и общественных зданий и комплексов.
Однако сегодня еще рано говорить об отказе от МСЗ: в России большая часть ТБО все еще вывозится на полигоны, и строительство большого числа мусоросжигательных и мусороперерабатывающих комплексов в ближайшее время требует разработки новых современных проектов.
На основе изучения зарубежного опыта и современных технологий был разработан экспериментальный проект мусоросжигательного завода (рис. 4). Ключевой идеей является совмещение основной функции – утилизации мусора – с агропромышленным модулем.
Завод представлен сферической оболочкой, в середине которой находится изолированная технологическая линия, а в свободных пространствах по краям размещается многоуровневая теплица и автоматические вертикальные фермы, приводимые в движение электроэнергией, вырабатываемой МСЗ. В низкоэмиссионные прозрачные панели встроены фотогальванические элементы для выработки дополнительной энергии.
Рис. 4 Проект мусоросжигательного завода
Необходимая для выращивания растений температура поддерживается теплотой от печей и рекуператора в фильтрационном отделении. Вода из внешнего водопровода берется только для гидроуборки: технические системы подпитываются очищенным фильтратом из бункера ТБО, а полив растений осуществляется за счет собираемой на территории завода дождевой воды и очищенных серых стоков административно-бытового корпуса.
В результате использования современных технологий мусоросжигательный завод становится экологичным, зеленым предприятием. Данный проект может быть реализован как в качестве городского МСЗ, так и в составе экотехнопарка – крупного загородного комплекса, совмещающего в себе различные типы предприятий по переработке отходов.
Литература
1. Агапова К. Сертификация зданий по стандартам LEED и BREEAM в России.//Здания высоких технологий. – 2013, [Электронный ресурс], URL: http://zvt.abok.ru/articles/79/;
2. Каталог технических решений и практических рекомендаций по энергосбережению и повышению энергетической эффективности зданий и сооружений. – Акиев Р. С., Бурцев С. И., Бусахин А. В., Гримитлин А. М., Дьяков И. Г., Кужанова Е. С., Наумов А. Л., Осадчий Г. К., Табунщиков Ю. А., Фадеева Е. Н. – М. – 2014. – 139 с.;
3. «Отходы – в энергию», официальный сайт проекта «Энергия из отходов», [Электронный ресурс], URL: https://w2e.ru/process/;
4. СанПиН 2.2.4.548–96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений;
5. СН 174–75 Инструкция по проектированию энергоснабжения промышленных предприятий. ●
