Так как 2017 год объявлен годом экологии в России, то моя исследовательская работа посвящена изучению проблемы утилизации мусора, как одна из важнейших проблем человечества.
Целью проекта является автоматизация процесса сортировки, переработки и утилизации бытовых отходов в условиях мусороперерабатывающего завода, сокращение затрат.
Задача: найти эффективный способ реализации идеи сортировки, переработки и утилизации мусора на начальном этапе и в процессе утилизации; создать модель мусороперерабатывающего завода, использующего роботов на этапе сортировки мусора
В процессе работы были рассмотрены несколько проблем: первая – сортировка мусора, вторая – доставка мусора к месту переработки и его и третья проблема заключается в том, что мусор – сырьё принципиально нестандартное.
Нами были использованы такие методы, как анализ проблем сортировки переработки мусора и информации о том, как происходит сортировка мусора в разных странах, включая Россию; анализ наиболее распространённого бытового мусора, его влияние на экологическую ситуацию и способов его вторичной переработки; моделирование мусороперерабатывающего завода в векторном графическом редакторе MS Word; моделирование мусороперерабатывающего завода при помощи конструкторов LEGO Mindstorm NXT 2.0 и EV3.
В результате проделанной работы была подтверждена гипотеза о необходимости автоматизации процесса утилизации бытовых и промышленных отходов. Итогом нашей работы стала модель завода по переработке бытовых отходов жизнедеятельности человека.
Введение. Каждый человек за свою жизнь выбрасывает горы мусора. Вторичное использование отходов – наиболее ресурсосберегающий путь, но не всегда рентабелен как в экономическом, так и в экологическом плане. Здесь существует ряд проблем.
Первая проблема – сортировка мусора.
Бумага, металл, битое стекло – должно находиться отдельно. Очевидно, рассортировать мусор, уже поступивший на свалку, практически невозможно – автоматов таких нет, а люди работают очень медленно, да и вредно это для их здоровья. Хотя на улицах уже появились отдельные контейнеры для разных типов мусора, однако говорить о каких-либо результатах пока рано.
Вторая проблема – доставка мусора к месту переработки.
Третья проблема заключается в том, что мусор – сырьё принципиально нестандартное, т.е. каждая новая партия мусора, поступившая на переработку, будет заметно отличаться от предыдущей по целому ряду параметров. Поэтому мусор невозможно использовать как сырьё для производства высококачественной продукции.
Чтобы высвободить огромные площади, занимаемые свалками, возникла идея сжигания мусора: он должен превратиться в газообразные продукты, которые развеялись бы в воздухе и включились в естественный круговорот.
Во-первых, далеко не весь мусор горит. Например, железо, которое содержится в сломанных бытовых приборах. Горючие отходы при сгорании дают золу. Её масса может составлять несколько процентов от массы исходного мусора. Поэтому все шлаки, которые остаются после сгорания, приходится вывозить на свалки.
Во-вторых, мусор содержит много влаги и трудносгораемых материалов. Именно поэтому мусор горит плохо. Неполное его сгорание приводит к выбросу огромного количества сажи и вредных органических соединений. Чтобы вредные вещества не выделялись, температура сгорания мусора должна быть выше 1200°С. При простом сгорании мусора температура редко превышает 800°С. Необходимо или не давать энергии сгорания мусора рассеиваться, или специально подогревать горящий мусор.
Существуют проекты по сжиганию мусора в расплавах солей, расплавленном железе и т.д. Есть даже идеи добавлять мусор в доменные печи. Кроме того, сжигание мусора – процесс, требующий специальных мер безопасности.
Цель проекта – решение проблем с вывозом мусора и его переработкой.
Мы поставили перед собой задачу найти эффективный способ реализации идеи сбора мусора и его сортировки на начальном этапе и в процессе утилизации. Автоматизация процесса сортировки бытовых отходов в условиях мусороперерабатывающего завода.
Задачи пректа:
- Создать модель мусороперерабатывающего завода, использующего роботов на этапе сортировки мусора.
- Найти эффективный способ реализации идеи сортировки и переработки мусора на начальном этапе и в процессе утилизации.
Актуальность:
Обострение экологической обстановки в связи с отсутствием в России необходимого числа мусороперерабатывающих заводов. Имеющиеся заводы используют на этапе сортировки значительную долю ручного труда. В России не существует полностью автоматизированного завода с введение которого:
Во-первых, решается проблема задействования человеческих ресурсов в процесс сбора мусора (автоматы собирают и сортируют мусор).
Во-вторых, уменьшается время утилизации мусора (автоматы это делают быстрее и круглосуточно). В местах, отведенных для хранения мусора также можно использовать автоматы, поэтапно сортирующие отходы.
Гипотеза: необходим эффективный способ реализации сбора мусора и его сортировки на начальном этапе и в процессе утилизации и автоматизации процесса утилизации бытовых и промышленных отходов как важной составляющей нормального существования человека в связи с все более возрастающими объемами образования этих продуктов жизнедеятельности цивилизации.
Для этого мы изучили, как происходит сортировка мусора в некоторых странах. А именно:
Вывоз мусора во многих штатах США происходил на специальные мусоросжигающие заводы. После принятия закона о чистоте воздуха США стали вывозить мусор на знакомые и традиционные полигоны. Места около мегаполисов для таких полигонов катастрофически не хватает. В США встал вопрос об максимально полной переработке мусора перед его утилизацией.
А вот Швеция по-прежнему организовывает вывоз мусора на специальные станции, где после его тщательной переборки, мусор в большей части сжигают на специальных ТЭЦ собственной разработки. Из одного Стокгольма вывозят мусора каждый год 225 тысяч тонн. Теплом от ТЭЦ, работающей на мусоре, согревается 100 000 квартир.
А пепел — в цемент, шлак — в устройство дорог.
В английском городе можно встретить два типа контейнеров для мусора: синий и красный. В синий попадает пластик, стекло, упаковка. В красный контейнер — бумага. Вывоз мусора из этих контейнеров организовывается на перерабатывающие это сырье предприятия.
Есть еще черные пакеты, в которые англичане собирают органический мусор. Вывозят его в специальные котлованы. Когда они заполняются их закрывают, в крышках делают отверстия, через которые собирают газ. Газ после небольшой переработки вполне способен гореть, поэтому применяется на электростанциях. Получается электро-мусоростанция. Средняя по величине электро-мусоростанция способна обеспечить энергией до 10 000 домов. Газ из мусора перестает выходить, когда процесс гниения заканчивается.
Вывоз мусора в немецких городах — это целый производственный процесс. Немцы во всем стремятся добиться совершенства. Будучи у немца в гостях, вы удивитесь, насколько сложна, например, процедура утреннего кофе. Оставшийся и использованный в заварке порошок немец аккуратно выбросит в специальный контейнер для пищевых отходов, а пакетик из-под кофе (прежде внимательно его осмотрев!) — в другой.
И ошибиться немцу никак нельзя — в случае, если в пищевые отходы ненароком будет выброшена перегоревшая лампочка накаливания — хозяина этого мусорного контейнера ожидает немалый штраф.
Со временем такая педантичность показалась немцам уж излишней. Сбор и вывоз такого аккуратно рассортированного мусора требует немалых затрат, кроме этого появляются все новые и новые материалы, поэтому количество разных контейнеров для сбора и вывоза разного мусора все возрастает.
В нашей стране нет отдельных контейнеров. Мы не сортируем мусор по разным пакетам. И если даже начать обучать этому в школах и внедрять это в повседневную жизнь, то это займёт очень много времени, но проблему утилизации мусора необходимо решать уже сейчас. Иначе она станет экологической катастрофой.
Самые крупные мусороперерабатывающие заводы России.
1. Новокузнецкий мусороперерабатывающий завод в Кемеровской области. Он заработал в 2008 году. Расположен он в Новокузнецком районе недалеко от села Кругленькое. Здесь отходы сортируются, вторсырье отправляется на переработку, а остальной мусор подлежит захоронению. Полигон рассчитан на эксплуатацию в течение 75 лет.
2. Курский мусороперерабатывающий завод. В 2013 году состоялось открытие сортировочной линии нового предприятия по переработке отходов. Сортировочный процесс включает в себя сочетание ручного и машинного труда. За 1 час на линии перерабатывается до 25 тонн мусора.
3. Мусоросортировочный завод «Чистый город» в Красноярске. Перерабатывает около 730 тысяч тонн бытовых отходов в год.
4. Оренбургский мусороперерабатывающий завод был открыт январе 2014 г. В год он способен принять и переработать до 250 тыс. тонн отходов. Он рассчитан для утилизации не только бытовых отходов, но и таких опасных, как ртуть, медицинские отходы. Сортировка осуществляется вручную. Не поддающиеся переработке отходы отправляются на полигон, где уплотняются при помощи специального катка.
5. Московские мусороперерабатывающие заводы. Вокруг столицы расположено несколько заводов по переработке мусора, которые позволяют частично решить проблему больших объемов отходов.
С 1975 года работает ГУП «Спецзавод №2», который занимается термической переработкой мусора (сжиганием). Его изначальная мощность – 75 тыс.т/год, после реконструкции она была увеличена до 130 тыс.т/год.
С 1983 года то работает, то нет, достаточно спорный в экологическом плане ГУП «Спецзавод №3», мощностью 200 тыс. т твердых бытовых отходов в год.
С 2003 года функционирует ГУП «Мусоросжигательный завод Руднево». Согласно с проектом его мощность составляет до 230 тыс. тонн отходов в год.).
Самые крупные свалки мира:
- Посёлок Саларьево, Россия;
- Фреш Киллз, США;
- Мусорный полигон в Нью-Йорке, США;
- Пуэнте-Хиллз в Калифорнии, США;
- Аккра, Республика Гана;
- Гавайский архипелаг, Тихий океан;
- Читтагонг, Бангладеш;
- Свалки Великобритании.
По статистике более 30% ТБО – это отходы, которые возможно использовать повторно. Один человек производит до 700 кг мусора в год. Население города Губкинский составляет около 27 000 человек, а это от 19 000 до 40 000 тонн мусора в год вывозится на полигон, находящийся на востоке города. На конец 2016 года полигон для захоронения ТБО заполнен на 112% и занимает площадь в 220 000 м².
Несовершенство имеющихся способов утилизации твердых бытовых отходов:
захоронение твердых бытовых отходов (далее –ТБО), тем самым идет увеличение объемов полигонов. Не подходят для захоронения на полигонах радиоактивные, токсичные отработки, а также пригодные для вторичной переработки. В результате разложения захоронений образуются вредные газы и пары. Из-за своего состава эти образования наносят вред почве, грунтовым и поверхностным водам, воздуху и человеческой жизнедеятельности. Кроме всего прочего существует вероятность возгораний, взрывов и, что менее опасно, распространения запаха (как пример – в 2011 году полигон горел и тлел в течение 6 месяцев, выделяя вредные вещества в окружающую среду);
сжигание ТБО уменьшает объем полигонов ТБО, однако главным и вероятно единственным недостатком является токсичность, поэтому сжигание небезопасно для окружающей среды. Для устранения этого недостатка необходимо использовать системы очистки газов;
компостирование. С помощью этого способа можно утилизировать до 30% отходов потребления. Но при этом можно использовать только безвредные отходы, за исключением некоторых категорий. Например, не стоит компостировать мясо, кости и жиры, так как они могут привлечь паразитов и создать дополнительные проблемы.
Поэтому весь этот трудоёмкий и затратный процесс сортировки мусора наиболее выгодно и менее затратно производить на мусороперерабатывающем заводе при сортировке бытового мусора при помощи роботов.
Рис. 1. Графическая модель завода
В результате проделанной работы была подтверждена гипотеза о необходимости эффективного способа реализации идеи сбора мусора и его сортировки на начальном этапе и в процессе утилизации и автоматизации процесса утилизации бытовых и промышленных отходов. Итогом нашей работы стала модель завода по переработке бытовых отходов жизнедеятельности человека, где управление роботами происходит человеком с пульта управления специализированного помещения.
Созданная нами модель состоит из:
- Графическое изображение мусороперерабатывающего завода (с обозначениями зон сортировки и переработки бытового мусора) (рис.1)
- Роботы из деталей конструкторов Lego LEGO Mindstorm NXT 2.0 и EV3 (рис. 2):
Рис. 2. Прототипы роботов - сортировщиков
2.1. Робот-сортировщик, который сортирует промышленные отходы по их химическому составу, получая вторичное сырьё пригодное для переработки получения материала, которое можно использовать в том или ином производстве. Первичная переработка отходов производится на самом мусороперерабатывающем заводе (рис.3).
Рис. 3. Робот – сортировщик
2.2. Робот-сортировщик, который отсортировывает крупно-габаритный мусор (рис. 4).
Рис. 4. Робот-сортировщик крупногабаритного мусора
2.3. Робот-погрузчик, который увозит отсортированные отходы в места их переработки (рис. 5).
Рис. 5. Робот-погрузчик
- Робот-бульдозер, который работает с крупногабаритными отходами, собирая их в местах доступных для вывоза на другие производства, например: металлургические заводы, целлюлозоперерабатывающие заводы и т.д. (рис. 6).
Рис. 6. Робот-бульдозер
Особенности нашего завода:
Сортировка и переработка переработка бытового мусора проводится в пределах завода с использованием роботов. При этом производить переработку вторичного сырья из отсортированного мусора в пределах мусороперерабатывающего завода, используя энергию, полученную при сжигании мусора не пригодного для вторичной переработки.
Проблемы, решаемые данным проектом:
1) Человек освобождается от вредного производства: не страдает его здоровье от вредных веществ, которые выделяются при хранении и переработке бытового мусора;
2) Уменьшается травматизм человека при его сортировке;
3) С автоматизацией ручного труда увеличивается коэффициент полезного действия, а соответственно уменьшаются затраты на переработку;
4) Сокращаются площади, которые занимают полигоны для свалок мусора;
5) Уменьшение расходов на переработку и увеличение получаемой прибыли за счёт вторичного сырья;
6) Ресурсосбережение (экономия энергии, полезных ископаемых, лесов и многих других ресурсов);
7) Улучшение экологической обстановки и многое другое.
Описание применимости:
Для санитарной очистки территории города Губкинского функционирует полигон твердых бытовых отходов (ТБО) и твердых промышленных отходов (ТПО), который введен в эксплуатацию с 1987 года. Интенсивное развитие экономики города Губкинского определило расчетные показатели воздействия на окружающую среду, в связи с чем накопилось значительное количество нерешенных проблем. Одно из важнейших проблем в сфере обращения с отходами на территории муниципального образования город Губкинский является отсутствие мест захоронения отходов, оборудованных в соответствии с экологическими нормами, а также комплексов по переработке отходов.
Совместно с «Советом Сторонников партии Единая Россия» мы начинаем проект «Чистота города зависит только от нас», который был представлен на полит.совете партии Единая Россия. Его суть в сокращении полигона городской свалки за счёт сортировки и частичной переработки бумаги и пластика. (В 2012 г. городом были закуплены контейнеры, машина с задней загрузкой для выгрузки мусора из контейнеров и перевозки к месту хранения, пресс для макулатуры.) К участию планируется привлечь государственные и муниципальные учреждения, предприятия, организации города со значительными объёмами бытовых отходов, а именно бумаги и пластика. Каждой организации, учреждению необходимо самостоятельно заключить договор на оказание услуг по вывозу бумаги и пластика из специальных уличных контейнеров, которые им будут предоставлены городом в аренду, для дальнейшей транспортировки на специализированные предприятия для переработки минуя полигон.
Вывод: Для сокращения площадей полигона необходимо производить сортировку такого бытового мусора, как бумага, пластик, стекло и вывозить на предприятия по их переработке, что является эффективным способ сбора мусора и его сортировки на начальном этапе и в процессе утилизации. В целях экономии и увеличения КПД весь трудоёмкий и энергозатратный процесс сортировки и переработки бытового мусора необходимо производить на специализированном заводе по переработке мусора с использованием роботов при его сортировке.
Проблемы, которые необходимо решать в дальнейшем:
В масштабе города: Подбор необходимого оборудования и машин (роботов), для автоматизации ручного труда на мусороперерабатывающем заводе г. Губкинский и составление бизнес-плана на их приобретение.
В масштабе страны: Разработка и производство роботов, которые могли бы определять влажность, химический состав, распределять по категориям для вторичной переработки.
Литература:
- Интернет ресурс http://www.myshared.ru/slide/53386/
- Интернет ресурс http://www.robo-hunter.com/news/roboti-mogut-sdelat-process-pererabotki-othodov-deshevle-i-bezopasnee
- Интернет ресурс nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2011/10/11/proekt-o-probleme-utilizatsii-musora
- Интернет ресурс http://www.prorobot.ru
