Автоматизированный комплекс переработки бытового мусора и его дальнейшее использование в социальной сфере



В наш мир все чаще входят «умные машины», способные облегчить труд человека, создать ему комфорт и уют, освободить его личное время и сэкономить ресурсы, важные для жизни человека и окружающей природной среды сегодня.

Цель работы: предложить к рассмотрению проект автоматизированного комплекса переработки бытового мусора и его дальнейшее использование в социальной сфере.

Задачи:

1. Рассмотреть эффективность переработки мусора;
2. Предложить варианты установки робота-сортировщика;
3. Предложить варианты установки мусоросжигающей печи;
4. Продемонстрировать просчет экономической эффективности и выгоды для человека с возможными вариантами окупаемость установки в отдельно взятом жилом доме;
5. Рассмотреть полученные результаты в качестве выводов.

Актуальность работы состоит в том, чтобы показать на примере жилого дома и частных участков утилизацию бытового мусора с помощью установок: робота-сортировщика и мусоросжигающей печи с просчетом экономической эффективности и окупаемости проекта.

Ежедневно человек сталкивается с тем, что, выходя из собственного жилья, он выносит собственный мусор в контейнер. Скапливаются тонны мусора, который никак практически не используется в России. А между тем, мы могли бы на нем экономить и решать бытовые, собственные проблемы, которые касаются каждого человека и окружающей его природной среды в целом. Решение проблем возможно с помощью современных технологий, которые широко применяют в Европейских странах.

В странах Евросоюза существует ряд политик в области отходов, которые закреплены в нескольких директивах, Например, «Рамочная директива по отходам», «Директива по опасным отходам», «Директива по транспортировке мусора» и пр. Они определяют структуру законодательства по отходам, дают точное их определение, переработку и хранение, устанавливают приоритеты в обращении с мусором и его захоронением. Приоритет европейской экономики в области отходов — их минимализация. Транспортируют, хранят, пакетируют, и перерабатывают их таким образом, чтобы их коэффициент полезного действия был максимальным, а остаток был минимальным.

Разделение и переработка является идеей не новой, во многих странах уже давно на кухне каждой хозяйки установлено деление мусора на категории. В России не часто увидишь разделенные мусорные контейнеры. Например, Адлерский железнодорожный вокзал, где отдельно выбрасывают пластик, стекло, батарейки, бумагу и биоорганические отходы (картофельные отчистки, плодоовощи, памперсы и т. д.). В Европе сортировка мусора в ручную вошла давно в норму и стала образом жизни, таким образом, по опросам граждан они на 65 % делают планету чище и занимаются защитой окружающей природной среды.

На сегодняшний день конструктивно доказано, что сжигать подлежащий сжиганию мусор гораздо выгоднее, чем его захоронить, т. к. в этом случае можно получить максимальные преимущества. Существуют технологии, позволяющие целенаправленно утилизировать получаемое тепло. Полученное тепло предлагаем использовать в водонагревательных установках, что значительно снизит затраты на оплату дорогостоящего отопления и горячей воды.

Предлагаемые к использованию установках 3-го поколения — это технологии, позволяющие устранить выбросы токсичных газов хлоридов и фторидов, в атмосферу. Таким образом, сжигание помогает избежать шлакообразования. В этих установках более высокая степень защиты окружающей среды и широкая автоматизация, и централизация контроля всего процесса, включая утилизацию тепла.

Примерами таких технологий служат современные заводы по сжиганию отходов производят немецкие фирмы «Крефельд», «Вуперталь», «Бремерхафель» и др. В табл. 1 приведены основные характеристики завода фирмы «Крефельд».

У России давний опыт в работе мусоросжигающих заводов с 1980-х годов их было около 55, и сжигали они примерно 60000 отходов в 1 час. В 1984 году комиссия ООН приняла определения понятий безотходной технологии, малоотходной и рециркуляции, включающей в себя экономию энергии и сырья имеющее вторичное использование ресурсов. [1]

Но современные технологии позволяют пойти гораздо дальше и специалисты компании ZenRobotics предлагают уже сегодня совершенно новые технологии по сортировке мусора, что более приемлемо для России не привыкшей сортировать мусор.

Идея, предлагаемая к рассмотрению — это установка такого робота в каждый многоквартирный дом вместо мусорных баков или сортировки мусора вручную, по примеру Европейских стран. Для этого предлагается определенное специализированное здание или использование подвальных пустующих помещений в многоквартирных домах.

В жилых частных домах, установку можно использовать комплексно несколькими кварталами или улицами, определив место, куда можно было бы доставить мусор на сортировку.

В настоящее время, классическая методология предварительной сортировки мусора осуществляется в несколько этапов:

 Сортировка металл — не металл;

 Сортировка тяжелое — не тяжелое;

 Ручной этап.

На «ручном» этапе, у конвейера находятся люди, которые при помощи определенного инструктажа и полученных навыков, сортируют мусор. После чего, разложенные по разным контейнерам отходы направляются на специальные заводы, для технологической переработки.

Финская Компания ZenRobotics решила избавить людей от низко-интеллектуальной и монотонной работы, создав специальную роботизированную технологию, которая способна объединить все три этапа в один. Для решения поставленной задачи была использована инновационная технология искусственного интеллекта, которая базируется на адаптивном алгоритме поиска, он основан на принципе функционирования человеческого мозжечка.

Рис. 1. Модель «Робот-сортировщик» компании ZenRobotics

Данная технология и впечатляющий набор всевозможных датчиков, позволяют промышленному роботу определять материалы, из которых состоит предмет и впоследствии, направлять его в нужный складской контейнер или на правильную полосу конвейера для переработки. [2]

Такие возможности робота значительно увеличивают общую эффективность предварительной сортировки в сравнении с ручным способом.

Специалисты компании ZenRobotics считают, в самом ближайшем будущем, можно будет применить уменьшенные копии данных машин повсеместно, чуть ли не в каждом доме, что значительно облегчит процесс переработки и снизит общие издержки.

Внешне модель представляет собой огромную роботизированную руку. Благодаря специальному программному обеспечению самообучающаяся машина способна определять множество материалов, в том числе разные виды пластика и подбирать с конвейера куски, которые еще можно повторно переработать.

Вариант технического монтажа, предложенный кампанией, может выглядеть следующим образом, как на рисунке 2. [2]

Рис. 2. Схематическое изображение установки «Робот-сортировщик»

Отсортированный мусор отправляется в мусоросжигающие печи, что значительно снизит тарифы ЖКХ и прочих служб, требующих деньги на обслуживание и использование ресурсов потребителем в России. Поэтому предлагаем использовать промышленную установку и варианты утилизации сжигания смешанных отходов и мусора с помощьюпечи (установки) для термической утилизации отходов и мусора. Нами выбран инжиниринговый проект по утилизации и смешанным отходам мусора, так как он наименее безопасен для окружающей природной среды и более эффективен по показателям минимизации технических выбросов.

Технические параметры. [3]

Расчетная производительность по смешенным отходам 200 кг/час. Расчетная теплота сгорания отходов 6000 ккал/кг. Зольность 7,60 %. Влажность 2 %.

Таблица 5

Расчетный анализ отходов (основа проектирования)

Тепловой иматериальный баланс	За 1 час
Процент сгорания углерода	95
Установленная высшая теплота сгорания подачи отходов, кг-калл/кг	6010
Рассчитанная низшая теплота сгорания по уравнению Дюлонга и отводимое тепло для испарения воды, кг-калл/кг	6520
Плотность отходов, кг/м³	240
Теплота сгорания отходов (теплотворная способность), кг-калл/ м³	1444080
Состав подачи %:
Углерод	59
Водород	10
Кислород	10
Вода	2
Хлор	4,12
Смола	7,62

Процесс работы печи (установки) для термической утилизации отходов имусора:

 Непрерывная загрузка осуществляется с помощью гидравлического погрузчика в сборе.

 Разгрузка золы осуществляется «конвейером автоматической разгрузки золы» с водяным охлаждением.

 Первичное горение (горение основной смеси), осуществляется с помощью двух комбинированных горелок печного топлива. Горелки выключаются, как только достигается заданная температура, и повторно включаются при падении температуры.

 Система комбинированной горелки печного топлива для вторичной камеры с горелкой (полностью модулирующего типа) с таймерами и с возможностью широкого диапазона изменения расхода.

 Вспомогательная воздуходувка с ручным управлением для обеспечения вторичного и первичного воздуха.

 Вся установка смонтирована на скиде.

 Электропитание 380 В/3 ф./50 Гц.

 Приблизительная занимаемая площадь установки 2,5 x 9 м.

 Общий вес установки примерно 25 тонн.

 Первичная камера футерована двумя слоями. Первый основной слой: огнеупорный материал рассчитанный на температуру 1450°C. Второй слой: огнеупорный материал рассчитанные на температуру 1050°C.

 Вторичная камера футерована теплоизоляцией из керамического волокна, рассчитанного на температуру 1280°C.

 Первичная топочная камера включает механическую поверхность с водяным охлаждением, систему транспортировки золы для передвижения золы по топке и к устройству удаления. Эта установка также служит для перемешивания и предотвращения заторов материала.

 Внешняя часть всех компонентов из углеродистой стали покрыта высокотемпературной эпоксидной грунтовкой и финишным слоем.

Расчетные данные.

Требуемое количество кислорода 12,5 кг-моль/час требуемое количество сухого воздуха 1700 кг/час.

Таблица 6

Обозначение	СО2	HCl	SO2	H2O
Молей от сжигания	18,68	0,46	0,02	19,77
Молей от испарения	нет	нет	нет	0,44

Фактическое количество кислорода во входном воздухе 17,30 кг — моль/час. Общее содержание сухого воздуха 82,60 кг-моль/час. Пары воды в воздухе 3,630 гр.

Таблица 7

Обозначение	СО2	HCl	SO2	N2	O2	H2O
Всего молей до вспомогательного топлива	18,68	0,46	0,02	143,97	10,94	21,88

Всего топочного газа, влажного 88,80 кг-моль/час; молярный вес, сухой 30,00; всего топочного газа, сухого 78,90 кг-моль/час; молярный вес, влажный 28,60; температура без подводимого тепла — 16°C; теплота в фактическом топочном газе 1300 кВт; масса охлаждающего воздуха 1770 кг/час; топочный газ влажный 151,0 кг-моль/час; топочный газ сухой 140,0 кг-моль/час.

Таблица 8

Выбросы

Обозначение	СО2	HCl	SO2	N2	O2	H2O	Всего
Всего молей из вытяжной трубы	18,60	0,46	0,02	251,50	39,50	23,60	333,80
Количество, кг	372,0	7,7	0,60	3 190	573,0	192,0	4 340
Объем, % сухой	6,02	0,15	0,01	81,00	12,00	-	100

Фактический расход топочного газа при 1010°C 15,90 м³/час. Фактический расход топочного газа при 149°C 5,0 м³/час. Так выглядит установка мусоросжигающей печи предлагаемого комплекса.

Рис. 3. Мусоросжигающая печь

Компоненты системы газоочистки печи для сжигания отходов и мусора:

1. Установка пожаротушения;
2. Конденсатор;
3. Скруббер;
4. Сепаратор для отделения твердых частиц;
5. Хранилище химикатов и система их подачи;
6. Насосы, обвязка, клапаны и фитинги;
7. Панель управления, встроенная в панель управления установки для сжигания отходов и мусора, и обеспечивающая общее управление из одного места;
8. Вытяжной вентилятор;
9. Дымовая труба (для отвода газа);
10. Автоматический байпас вытяжной трубы с регулировкой температуры;
11. Градирня для циркулирующей воды.

Отметим, что технические характеристики установки рассчитаны на производительность по смешенным отходам в количестве около 200 кг/ч. Расход природного газа при холодном пуске составляет примерно 120–125 м³/час. Печь рассчитана на сжигание и очистку от любого запаха газовоздушных смесей, образующихся от девулканизатора и вальцов. [3]

Логично было бы сказать об окупаемости всего этого проекта и расчетов на оплату квартиры по площади. Расчет произведен из сегодняшних оплат на ЖКХ на тепло, горячую воду, оплата за вывоз и утилизацию мусора: Вариант использования полученной горячей воды возможен в различных бытовых целях на усмотрение жильцов дома. Ниже в таблице приведены расчеты на 2016 год.

Таблица 9

Услуги ЖКХ на 2016 год

Расчет стоимости тепловой энергии на отопление 1 кв. метра общей площади в 2016 году	январь-апрель 0,0366 Гкал/кв. м * 1170,57 руб/Гкал = 42,8429 руб./кв.м.
Расчёт стоимости услуги за горячее водоснабжение на 1 человека в 2016 году	январь-июнь 0,2120 Гкал/на 1 чел. в месяц *1170,57 руб./Гкал = 248,16 руб./чел.
Расчёт стоимости услуги за горячее водоснабжение по счётчику ГВС в 2016 год	январь— июнь 0,0467 Гкал/куб. м * 1170,57 руб./Гкал = 54,6656 руб./куб.

Таблица 10

Расчет стоимости оплаты за вывоз иутилизацию мусора

Количество прописанных	1чел.	2 чел.	3 чел.	1м2 жилплощади
1-а комнатная квартира	134 руб. 27 коп	67 руб. 13 коп.	44 руб. 76 коп	33,4 м. кв.
2-х комнатная квартира	189 руб. 74 коп.	94 руб. 87 коп	63 руб. 25 коп.	47.2 м. кв.
3-х комнатная квартира	254 руб. 87 коп.	127 руб. 43 коп.	84 руб. 96 коп	63,4 м. кв.

Выводы:

1) Используя «умные машины» в частности робота-сортировщика и мусоросжигающую печь экономическая эффективность по нашим подсчетам составит:

1. Услуги ЖКХ
   1. Экономия на отоплении: 33,4 кв. м. * 300 человек * 30 месяцев * 42,8 рублей=12865680 рублей — экономии.

Рассчитываем следующим образом: средняя площадь квартиры умножается на количество жильцов, умножается на количество месяцев в отопительном сезоне (за 5 лет) умножается на стоимость тепловой энергии на отопление 1 кв. м. Получаем экономию в рублях.

1.2 Экономия на услугах за горячее водоснабжение рассчитывается: стоимость услуги за горячее водоснабжение на 1 человека умножается на количество человек, живущих в доме, умножается на количество месяцев (за 5 лет).

Расчет составляет:248 рублей * 300 человек * 60 месяцев=4464000 рублей.

1.3 Экономия на вывозе мусора иутилизации рассчитываем следующим образом: стоимость на одного человека, проживающего в однокомнатной квартире (33,4 кв. м. (средняя квадратура) умножается на количество человек, проживающих в доме, умножается на количество месяцев (за 5 лет). Площадь можно рассчитать любую и на большее количество человек.

Расчет составляет:134 рублей * 300 человек * 60 месяцев=2412000 рублей.

2) Таким образом, делаем вывод, что, робот окупится в среднем на сегодняшний день курса валют (80 рублей-за 1 евро) за 10 лет.

3) Мусоросжигающая печь всреднемокупится за 3 года.

При правильном расчете многоквартирного дома в 5 этажей ориентировочно составит 300 человек. Расчет ведется на 1 год.

Цена робота рассчитывается на 1 год (360 дней). Расчет окупаемости робота-сортировщика производится следующим образом:

1. Цена робота/360 дней= цена за 1 день обслуживания.
2. Цена робота/300 человек=цена на каждого человека, живущего в доме.
3. Цена на каждого человека, живущего в доме / 360 дней =окупаемость за год работы робота.

По схеме расчета предложенной нами легко рассчитать стоимость оборудования на настоящее время. Таким образом, по предложенным на сегодняшний день ценам получены следующие расчеты:

Расчет ведется на 1 год:

1. Робот-линия с двумя манипуляторами стоит примерно 500000 евро / 360 дней=1380 евро — цена за один день обслуживания.
2. 500000 евро / 300 человек=1666 евро (143276 рублей) — цена на каждого человека, живущего в доме.

В пересчете на рубли это составит — 143276 руб.

Если цена оплаты за год окажется большой по размеру оплаты для проживающих в доме ее можно разделить на более длительный период, например 5 и более лет.

Расчет затрат на 5 лет:

При расчете берется 1825дней — это 5 лет;

1. — цена на каждого человека, проживающего в доме в день
2. — цена за 1 день обслуживания в течение 5 лет

Расчет можно сделать на более длительное количество времени, используя Европейские нормы расчетов 20–30 лет. В этом случае, если квартира продается, то все расчеты переходят на приобретающего жилье человека.

Написание данной статьи является аналитической информацией к размышлению человечества в целом. Технические ресурсы могут прекрасно сосуществовать с природой и обществом. Важно задать им нужное направление и совместить современные технологии и экологизацию общества.

Литература:

1. Шпаргалка по экологическому праву. — М.: Издательство «Окей-книга», 2011. — 32 с.
2. Электронный ресурс URL: http://www.dailytechinfo.org/robots/2341-robot-sortirovshhik-musora-recycler-izbavit-lyudej-ot-gryaznoj-raboty.html.
3. Электронный ресурс URL: http://www.intech-gmbh.ru