Библиографическое описание:

Ющенко В. Б., Грабенко Л. С. Автоматизированный комплекс переработки бытового мусора и его дальнейшее использование в социальной сфере [Текст] // Технические науки: теория и практика: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2016 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2016. — С. 51-57.



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.

http://robotforum.ru/assets/images/Foto_Tehno_news/990_Musor/990_news.jpg

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]

1302780022_zenrobotics-recycler-2.jpg

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.

image001.jpg

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.

2 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
Основные термины (генерируются автоматически): окружающей природной среды, бытового мусора, переработки бытового мусора, следующим образом, топочного газа, сортировки мусора, Похожая статья, Фактический расход топочного, расход топочного газа, количество месяцев, количество человек, утилизацию бытового мусора, социальной сфере, смешанным отходам мусора, предварительной сортировки мусора, тонны мусора, Европе сортировка мусора, деление мусора, смешенным отходам, вывозе мусора иутилизации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос