Переработка горючих компонентов твердых бытовых отходов в металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

До недавнего времени достаточно молодая отрасль переработки твердых бытовых отходов и отсчитывающая не одно тысячелетие черная металлургия сосуществовали параллельно и не пересекались. Стремительное развитие первой привело к появлению новых технологий и новых материалов из вторичных ресурсов, зачастую эффективно заменяющих традиционные. В настоящее время существует множество технических возможностей переработать отходы бумаги, полимеров, резины и т.д.

Но не все отходы могут быть переработаны в новую продукцию. Например, очень сложно и дорого разделить смешанную упаковку типа тетрапак или состоящую из нескольких видов пластмасс офисную или бытовую технику. Альтернативой переработки является захоронение или сжигание. В соответствии с принципами законодательно закрепленной на международном уровне иерархии управления отходами захоронение является наименее предпочтительной альтернативой [1]. Развитые страны ежегодно сокращают количество захораниваемых отходов и взяли курс свести его к нулю уже в первом десятилетии нового тысячелетия. Сжигание ТБО на мусоросжигательных заводах вызывает, и зачастую вполне обосновано, противодействие общественности вследствие образования токсичной золы, а также обнаруженных в конце XX в. в газообразных выбросах МСЗ таких супертоксикантов, как диоксины.

Глава 1. Переработка горючих компонентов твердых бытовых отходов в металлургии

В рамках Базельской конвенции о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением и Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) разработаны Технические руководящие принципы сжигания отходов [2], согласно которым степень воздействия на окружающую среду при сжигании зависит от следующих четырех важнейших факторов:

* Характер сжигаемых отходов. Экологически обосновано сжигание топлива, полученного из отходов путем их сортировки и удаления всех негорючих (металлы, стекло и др.) и подверженных гниению (пищевые отходы) компонентов. Рекомендованы для сжигания три вида топлива на основе ТБО: ТТО - топливо из горючих компонентов твердых отходов, ТОУ - топливо из отходов упаковочных материалов, ПТ - полимерное топливо. Во всех случаях из общей массы ТБО перед сжиганием необходимо отсортировывать отходы ПВХ.

* Условия сжигания. Решающее значение для безопасного сжигания отходов имеют следующие технологические параметры сжигания: температура - от 850 до 1100 0С для углеводородных отходов и от 1100 до 1200 0С для галогенсодержащих отходов; время пребывания газа в печи - не менее 2 секунд; достаточная турбулентность; избыток кислорода.

* Очистка отходящих газов. Рекомендуется мокрая газоочистка с обработкой газов щелочными растворами (известь, бикарбонат натрия) или просто водой, что обеспечивает удаление водорастворимых токсичных компонентов - диоксид серы, фтористый водород, хлористый водород.

* Удаление зольного остатка. Зольный остаток после сжигания ТБО всегда считается опасным и удаляется на захоронение только после проверки на выщелачивание, т.е. на содержание водорастворимых токсичных соединений. В случае установления его токсичности необходимо предварительное обезвреживание, например путем стабилизации цементом.

Таким образом, при выполнении перечисленных рекомендаций сжигание рассматривается ООН в качестве возможного и экологически обоснованного способа удаления (утилизации) горючего остатка от сортировки общей массы ТБО. В таблице 1 представлены данные об энергетической ценности различных видов отходов и традиционных видов топлива (уголь, древесина).

Представленные данные показывают, что энергетическая ценность входящих в состав ТБО горючих компонентов очень высока и для ряда отходов существенно превышает теплоту сгорания такого традиционного топлива как уголь. ЮНЕП отмечает, что многие из уже построенных мусоросжигательных установок не предназначены для того, чтобы выдерживать температуры, получаемые при использовании столь высококалорийного топлива в чистом виде. В то же время несортированные ТБО характеризуются крайне низкой величиной теплоты сгорания, что связано с высокой влажностью входящих в их состав пищевых компонентов. Процесс сжигания такого топлива в обычных слоевых топках мусоросжигателей характеризуется нестабильностью и требует ввода дополнительного топлива.

С точки зрения выполнения остальных условий обычные мусоросжигатели также не являются совершенными. Необходимость мощной и многоступенчатой газоочистки обуславливает высокие капитальные и эксплуатационные затраты, что делает мусоросжигательные заводы дотационными и препятствует их распространению в российских регионах. На всей территории России по-прежнему более 90 % ТБО захораниваются на свалках. Решению проблемы в целом способствовало бы использование для сжигания высокотемпературных металлургических агрегатов».

Развитие черной металлургии всегда было тесно связано с использованием собственных отходов или отходов смежных отраслей. Металлургия является отраслью, полностью перерабатывающей отходы потребления из черных металлов, замыкая таким образом их жизненный цикл. Как отмечает профессор Московского института стали и сплавов Ю.С. Юсфин, «с переработки стального лома в мартеновских печах, конвертерах, а затем и в электропечах началась эра промышленного рециклинга» [4].

В последние годы вовлечение металлургических агрегатов в переработку различных видов отходов наблюдается во всем мире. Металлурги разных стран мира, начиная со второй половины ХХ века, предлагают и успешно реализуют идеи утилизации в высокотемпературных металлургических агрегатах различных горючих компонентов ТБО. Это обусловлено тем, что ни один мусоросжигатель не может конкурировать с такими высокотемпературными металлургическими агрегатами как кислородный конвертер или доменная печь по условиям обезвреживания токсичных отходов, включающим температуру до 2500 - 2700 0С, активную окислительную или восстановительную атмосферу, интенсивный тепло - и массообмен, наличие высокоактивных основных шлаков, связывающих негорючий остаток от сжигания отходов и переводящий его в остеклованный шлак. В таких условиях практически невозможно образование диоксинов. Кроме этого, мощные металлургические агрегаты оснащены полным набором оборудования для улавливания и очистки выделяющихся газов, а также имеют замкнутую систему водоснабжения.

Известно, что металлургические компании Германии и Японии уже более 10 лет перерабатывают отходы пластмасс в доменных печах [5-8]. Германская фирма «Stahlwerke Bremen GmbH» перерабатывает в доменных печах свыше 70 тыс. т. в год отходов пластмасс. Регулярный мониторинг выбросов в атмосферу показал, что количество выбросов пыли, SO2 и NOx при использовании пластмасс находится существенно ниже уровня предельно допустимых выбросов. В выбрасываемых в атмосферу газах были обнаружены следовые концентрации диоксинов - менее 0,001 нг/м3, что более чем в 100 раз ниже уровня ПДК диоксинов в атмосферном воздухе, составляющего в Германии 0,1 нг /м3. Фирма «Eko-Stahl» в г. Айзенхюттенштадт вдувает отходы пластмасс в доменные печи с 1996 г. с устойчивым расходом 30-60 кг/т чугуна. В Японии использование отходов пластмасс в доменных печах ведется с 1993 г. Металлургическая компания «Ниппон Кокан» в г. Кейхане более 10 лет вдувает отходы пластмасс в доменную печь объемом 4907 м3 с расходом до 200 кг/т чугуна, в 2004 г. на переработку на металлургический комбинат было направлено около 20 % муниципальных отходов. По мнению руководителей компании, металлургические предприятия, расположенные вблизи крупных городов, находятся в зоне образования большой массы отходов и их уникальные технологические возможности должны быть использованы для их утилизации. В настоящее время система рециклинга пластмасс, разработанная этой компанией, широко используется другими японскими металлургическими предприятиями, поддерживающими международный стандарт ISO 14001. В состав типичных пластмассовых отходов, утилизируемых в доменных печах, входят офисное оборудование, бутылки и контейнеры, пленка и др. В настоящее время Япония приближается к уровню 1 млн. т в год отходов пластмасс, перерабатываемых в доменных печах, что составляет 10 % от уровня их ежегодного образования.

Компания Nippon Steel (Япония) использует в сталеплавильных печах отработанные автопокрышки как заменители части железосодержащего скрапа и угля, утилизируя таким образом около 5 млн. шин в год. Компания Stebbing Engineering Division Accelerated Technologies Corporation (США) перерабатывает отработанные автомобильные покрышки в электродуговых печах [9]. Германия утилизирует в доменных печах туши инфицированных животных.

В России разработки в области переработки отходов в черной металлургии традиционно ведутся государственными техническими университетами - Московским институтом стали и сплавов (МИСИС), Сибирским государственным индустриальным университетом (СибГИУ) и др. Учеными МИСИС разработан ряд технологий переработки отходов пластмасс, отработанных масел и других видов отходов в доменных печах [5, 6]. Проведенные исследования с использованием метода математического моделирования при помощи программ IVTANThermo, позволяющих рассчитать равновесное состояние сложных систем в условиях металлургических агрегатов, показали, что в условиях доменной печи концентрация диоксинов и фуранов составляет менее 10-30 %. На основании полученных результатов учеными МИСИС сделан вывод о том, что появление в отходящих газах доменной печи суперэкотоксикантов (фуранов, диоксинов, HCN, COS и др.) при вдувании в печь пластмасс исключено.

Известная под названием «печь Ванюкова» - совместная разработка институтов «Гинцветмет» и МИСИС при участии Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова - предусматривает сжигание ТБО в условиях, характерных для сталеплавильных агрегатов: высокая температура, наличие шлакового расплава, использование кислородного дутья, мокрая система газоочистки и др. Проведенный комплекс промышленных испытаний данной технологии на печи Ванюкова, установленной на Рязанском опытно-экспериментальном металлургическом заводе, показал, что применение технического кислорода при температурах 1400 - 1700 0С приводит к полному разрушению всех токсичных компонентов отходов. Установлено отсутствие диоксинов на выходе пылегазового потока, в жидких продуктах плавки (шлак, металлосодержащий продукт), а также по газоходному тракту, что свидетельствует о том, что их вторичное образование также не происходило. Это объясняется тем, что условия сжигания ТБО в печи Ванюкова приводит к такому разрушению структурной решетки диоксинов, что их обратимая фрагментация становится практически невозможной.

Учеными СибГИУ совместно со специалистами Западно-Сибирского металлургического комбината разработаны и внедрены в производство технологии переработки в кислородных конвертерах отработанных автомобильных покрышек и горючих компонентов твердых бытовых отходов [7-15]. Технология выплавки стали в кислородных конвертерах заключается в обработке расплава жидкого чугуна, имеющего температуру 1400-1500 0С, технически чистым кислородом (99,5 % О2), вдуваемым в конвертер через специальную фурму. В конвертере на большой реакционной поверхности, возникающей в процессе продувки, с высокой скоростью протекают реакции окисления примесей, содержащихся в жидком чугуне, в результате чего выделяется тепло и достигается высокая температура - до 2700 0С. Наводимый в конвертере высокоактивный жидкоподвижный шлак, содержащий более 50 % СаО, обеспечивает рафинирование жидкого металла от соединений серы, фосфора и др., связывая их в нерастворимые соединения. Выделяющиеся по ходу плавки конвертерные газы подвергаются охлаждению и очистке от пыли в трехступенчатой газоочистке мокрого типа, включающей узел предварительного охлаждения, орошаемый газоход, высоконапорную трубу Вентури. Охлажденные до 40-60 0С газы при помощи дымососа направляются в свечи, где дожигаются на дожигающих устройствах при температуре 1500 0С. Шламосодержащие воды газоочистных установок после очистки в радиальных отстойниках возвращаются в оборотный цикл. Таким образом, условия в кислородном конвертере являются еще более благоприятными для полного разрушения токсичных соединений, включая диоксины, чем в печи Ванюкова.

Отработанные автомобильные покрышки и горючие компоненты ТБО (полиэтилен, полипропилен, полистирол, бумага, картон) использовались на ОАО «ЗСМК» в качестве дополнительного энергоносителя в технологии выплавки стали с пониженной долей жидкого чугуна. Специально проведенные исследования пылегазовых выбросов из конвертеров показали, что ввод отработанных автопокрышек в конвертер в ограниченном количестве (до 3 кг/т стали) не влияет на качество выплавляемой стали, а также на содержание в выбрасываемых в атмосферу газах пыли, оксидов серы и углерода. Высокая температура и избыток кислорода в конвертерной ванне способствовали полному сгоранию автопокрышек и продуктов их термического разложения, что исключило возможность загрязнения атмосферы продуктами неполного сгорания топлива (сажа, оксид углерода, углеводороды). В 2004 г. технология переработки отработанных автопокрышек в кислородных конвертерах признана лауреатом конкурса «Национальная экологическая премия» в номинации «Экология города» за вклад в укрепление экологической безопасности и устойчивое развитие России. В 2005 г. в конвертерах ОАО «ЗСМК» было переработано около 40 тыс. шт. покрышек, что составило всего лишь 0,3 кг/т стали.

В ходе проведенных испытаний в конвертерах горючих компонентов ТБО были выполнены исследования шламов из газохода на содержание полихлорированных дибензо-пара-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). Полученные результаты показали отсутствие влияния отходов на концентрации данных токсичных соединений. Выполненные с учетом полученных результатов и рекомендаций «Методического руководства по выявлению и оценке выбросов диоксинов и фуранов», разработанного ЮНЕП в рамках программы ООН по окружающей среде [10], расчеты показали, что при расходе горючих компонентов ТБО 0,8-0,9 кг/т стали суммарная величина эмиссии диоксинов более, чем в 13000 раз ниже, чем при самом высокотехнологичном способе сжигания ТБО на МСЗ, оборудованном сложной системой очистки газов.

Таким образом, металлургические агрегаты обеспечивают более безопасное сжигание горючих компонентов отходов, чем мусоросжигательные заводы. Идея использования металлургии для утилизации наиболее трудноутилизируемых видов отходов, включая особо токсичные, принадлежит самим металлургам. Сжигание горючих компонентов отходов в металлургических агрегатах более 10 лет используется в наиболее промышленно развитых странах мира, известных строгим отношением к защите окружающей среды. Отечественный опыт подтверждает возможность и эффективность использования высокотемпературных металлургических агрегатов для утилизации и обезвреживания целого ряда отходов, что позволяет металлургическим предприятиям помочь в решении острых экологических проблем в регионах, на территории которых они размещаются. В связи с этим государственным контролирующим природоохранным организациям целесообразно начать рассматривать металлургию как отрасль, способную эффективно и наиболее безопасно утилизировать и обезвреживать такие отходы как отработанные автомобильные покрышки, неутилизируемая горючая часть после сортировки ТБО, отходы лечебно-профилактических учреждений и другие, и содействовать развитию данного направления.

Глава 2. Использование остатка от сортировки бытовых отходов в черной металлургии

Известно, что сортировка бытовых отходов и переработка полезных компонентов позволяют более чем на 50% сократить их исходное количество. Остаток после извлечения пригодных для вторичной переработки компонентов (макулатура, полиэтиленовые отходы, пластмассы, стекло, лом черных и цветных металлов) представляет собой смесь пищевых отходов, загрязненных бумаги и картона, древесных и текстильных компонентов, кожи, резины и др. Предложено остаточную часть отходов спрессовывать в блоки стандартного размера и использовать в качестве топлива в высокотемпературных сталеплавильных агрегатах черной металлургии (мартеновская печь, конвертер). Термическая переработка ТБО позволит снизить их объем не менее чем в 10 раз при эффективном обезвреживании и попутном использовании энергетического потенциала. Выполнена проработка технологии выплавки стали с использованием неутилизируемого остатка бытовых отходов. Проведены технологические, теплотехнические и экономические расчеты. Установлено, что в результате сортировки ТБО на сортировочном комплексе производительностью 40 000 т в год образуется неутилизируемый остаток отходов в количестве 18 800 т. Спрессованные и обвязанные проволокой пакеты из остаточной части отходов сжигаются в сталеплавильном агрегате, обеспечивая экономию традиционно используемого топлива, например мазута, в количестве более 2 т за плавку. При годовом производстве стали 1,8 млн т экономия за счет частичной замены мазута пакетами ТБО составит свыше 30 млн руб. Выполненные расчеты и проведенный анализ технологии выплавки стали с использованием спрессованного остатка после сортировки ТБО показали, что она не приводит к дополнительному увеличению загрязнения окружающей среды и не оказывает влияния на качество конечной продукции, так как: 1) доля ТБО от массы всей шихты, загружаемой в сталеплавильный агрегат, незначительна - 1 - 2%;

2) пакеты ТБО вводятся в сталеплавильный агрегат после сортировки, в результате которой выделяются компоненты (пластик и др.), при сжигании которых образуются токсичные вещества;

3) ТБО вводятся в виде спрессованных и обвязанных пакетов, что практически исключает вынос пыли из сталеплавильного агрегата; 4) высокая температура (1600 - 1750°С) и окислительная атмосфера в сталеплавильном агрегате способствуют разрушению органических составляющих, в том числе и особо ядовитых диоксинов и фуранов; 5) наличие извести в большом количестве в составе флюсов офлюсованного известью агломерата способствует связыванию хлорорганических соединений; 6) образование SО2 при сжигании ТБО в 2,5 раза ниже, чем при сжигании мазута. Предлагаемая технология позволяет получить дополнительный экономический эффект за счет предотвращения ущерба от загрязнения окружающей среды вследствие недопущения отходов к размещению на свалке, снижения загрязнения атмосферного воздуха в результате неорганизованных выбросов процесса горения отходов на свалке, уменьшения площадей для размещения отходов.

Газ обогащается летучими продуктами пиролиза. В средней части реактора располагается зона газификации, где при температурах 1000-1200°С происходит реакция коксового остатка с кислородом, парами воды и диоксидом углерода с образованием СО2 и Н2. Некоторая часть углерода сгорает полностью с образованием углекислого газа СО2, за счет чего в зоне газификации поддерживается необходимая температура. Ниже находится зона, где твердый осадок, состоящий в основном из минеральных соединений, постепенно охлаждается в потоке газифицирующего агента, богатого кислородом. Здесь догорают остатки органических соединений и углерода. Горючие материалы полностью превращаются в золу. Нижняя часть реактора - это зона окончательного охлаждения твердого остатка до температуры около 100°С. Процесс газификации характеризуется высоким энергетическим кпд (до 95%) и позволяет перерабатывать материалы с малым содержанием горючих составляющих (с зольностью до 90%) или с высокой влажностью (до 60%) Двустадийная схема переработки обеспечивает снижение образования вредных выбросов.

Перерабатываемое сырье загружается в реактор сверху через шлюзовую камеру. Снизу подаются воздух и водяной пар. Отбор продукт-газа осуществляют в верхней части реактора, а выгрузку зольного остатка - в нижней, продвижение рабочей массы в реакторе происходит под действием собственного веса. По высоте газификатора располагаются несколько характерных зон. В самых верхних слоях температура поддерживается в пределах 100-200°С, и продукт-газ подсушивает сырье, поступающее в реактор, ниже располагается зона, где преобладают процессы пиролиза и возгонки органических веществ. В бескислородной среде происходит термическое разложение и коксование органической массы.

Технологический процесс.

Технологическая цепь этого способа утилизации состоит из четырех последовательных этапов: отбор из мусора крупногабаритных предметов, цветных и черных металлов с помощью электромагнита и путем индукционного сепарирования; переработка подготовленных отходов в газофикаторе для получения синтез-газа и побочных химических соединений -- хлора, азота, фтора, а также шкала при расплавлении металлов, стекла, керамики; очистка синтез-газа с целью повышения его экологических свойств и энергоемкости, охлаждение и поступление его в скруббер для очистки щелочным раствором от загрязняющих веществ соединений хлора, фтора, серы, цианидов; сжигание очищенного синтез-газа в котлах-утилизаторах для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

Высокотемпературный пиролиз является одним из самых перспективных направлений переработки твердых бытовых отходов с точки зрения как экологической безопасности, так и получения вторичных полезных продуктов синтез-газа, шлака, металлов и других материалов, которые могут найти широкое применение в народном хозяйстве. Высокотемпературная газификация дает возможность экономически выгодно, экологически чисто и технически относительно просто перерабатывать твердые бытовые отходы без их предварительной подготовки, т. е. сортировки, сушки и т. д.

Технология пиролиза заключается в необратимом химическом изменении мусора под действием температуры без доступа кислорода. По степени температурного воздействия на вещество мусора пиролиз как процесс условно разделяется на низкотемпературный (до 900°С) и высокотемпературный (свыше 900° С).

Способ утилизации ТБО методом пиролиза по другому можно назвать газификацией мусора. Технологическая схема этого способа предполагает получение из биологической составляющей (биомассы) отходов вторичного синтез-газа с целью использования его для получения пара, горячей воды, электроэнергии. Составной частью процесса высокотемпературного пиролиза являются твердые продукты в виде шлака, т. е. непиролизуемые остатки.

Глава 3. Переработка ТБО методом пиролиза

За последнее десятилетие незаконная заготовка лома цветных и черных металлов превратилась в общенациональную проблему. Только в 2004 г. сотрудниками Министерства внутренних дел России (МВД) было выявлено 70 преступных групп, связанных с незаконной заготовкой и реализацией цветного лома за рубежом. Ущерб от их деятельности, по приблизительным оценкам, превысил 1 млрд. долл., что составляет 0,21% российского ВВП.

На рынке металлолома 60% предприятий работают нелегально. Ими с помощью обширной сети небольших заготовительных контор, без оформления документов, за наличный расчет закупается лом у населения. В подобные приемные пункты несут все, что удается найти или похитить. По данным ряда областных управлений внутренних дел, линии электропередач срезаются километрами, алюминиевые провода тоннами выносят со складов электростанций. Разбирают котельные, лесопилки, сельскохозяйственную технику и железнодорожные пути. Специалисты ряда областных УВД отмечают, что уже давно практически нет лома цветных металлов, а есть изуродованные предметы обихода граждан, снятые с линий электропередач провода, уничтоженное оборудование жизнеобеспечивающих объектов. Их хищение, кроме экономического ущерба, создает реальную предпосылку к авариям техногенного характера, последствия которых могут быть весьма серьезными. Правительство РФ предпринимало попытки решить проблему путем введения соответствующих норм в Федеральный закон «Об отходах производства и потребления», лицензирования этих видов деятельности, принятия Правил обращения с отходами. Это позволило добиться определенных положительных сдвигов. Так, по данным ряда областных административных органов, положительное влияние оказывает лицензирование этих видов деятельности. Например, в Смоленской области на 1 января 2005 года организаций, получивших лицензии на право заниматься деятельностью по заготовке, переработке и реализации лома цветных металлов, было всего 32. В ходе проверок на этих организациях цветного металла, находящегося в незаконном обороте, найдено не было. В то же время сотрудниками смоленского областного УВД в 2004 году было выявлено 269 незаконных пунктов приема лома черных и цветных металлов, где основным сырьем являлся незаконно добытый лом. Принятые меры пока не позволяют полностью искоренить данное явление. Преступные действия стимулируются низким уровнем жизни населения и постоянным ростом цен на цветные металлы на внутреннем и мировом рынках. В сложившихся условиях ряд субъектов РФ выступает в настоящее время за ужесточение наказаний за правонарушения в сфере оборота лома цветных и черных металлов. С законодательными инициативами в этой сфере выступили Костромская и Новгородская областные думы. Они предложили внести изменения не только в Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях, но и в Уголовный и Уголовно-процессуальный кодексы Российской Федерации. За хищение технологического оборудования, изготовленного из цветных металлов, предлагается ввести наказание в виде лишения свободы от 3 до 5 лет, а если оно совершенно повторно или группой, то до 7 лет с конфискацией имущества. Их инициативы нашли поддержку в ряде законодательных (представительных) органов других субъектов РФ (Московская областная Дума и др.).

Характеризуя социально-экономическую актуальность проблемы, следует отметить и еще одно важное обстоятельство. В последние годы утилизация металлических отходов потеряла свою значимость для государства как экологическая проблема. Между тем в 1992-2004 гг. наблюдалось непрерывное накопление неутилизированных отходов. Их количество сейчас превышает 225 млн.тонн, что ставит Россию на грань экологической катастрофы и выдвигает эту проблему в число приоритетных Проблеме правового регулирования оборота металлических отходов в советский период уделялось большое внимание. Первичной задачей государственного управления оборотом металлических отходов и лома была их утилизация, а обеспечение отечественной металлургии товарным ломом - вторичной задачей.

Государство, осознавая важность проблемы утилизации металлических отходов, создавало правовые, экономические и организационные условия для функционирования подотрасли по утилизации металлических отходов.

На нормативном уровне имело место четкое разделение понятий «металлические отходы» и «товарный лом, продукция, сырье для металлургии». Был создан и периодически актуализировался Единый Государственный стандарт на лом и отходы: «Государственный Стандарт Союза ССР. Металлы Черные Вторичные. Общие технические условия. ГОСТ 2787-75». Этот стандарт однозначно регламентировал технические условия на виды лома и был обязателен к исполнению как металлургическими, так и предприятиями по утилизации металлических отходов. В соответствии с этим стандартом существовал «Прейскурант №01-03. Оптовые цены на лом и отходы черных металлов», в котором определялись закупочные цены на металлические отходы. Объемы сдачи металлических отходов, объемы их утилизации определялись в рамках существовавшей в СССР плановой экономики. Для эффективного научно-инженерного сопровождения системы утилизации металлических отходов функционировал специализированный Всероссийский институт вторичных ресурсов. С 1961 года научно-техническое сопровождение подотрасли осуществлял Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по вторичным черным металлам (г. Липецк). Государственный комитет по статистике до 1996 года осуществлял сбор данных по формам: 14-СН «Отчет об образовании, использовании и поставке вторичного сырья»; 9-СН «Исполнительный баланс лома и отходов черных металлов»; 17-СН «Исполнительный баланс лома и отходов цветных металлов»; № 2-лом «Отчет о заготовке лома и отходов цветных металлов»; № 3-лом «Отчет о поставке лома и отходов черных и цветных металлов». На основе статистических данных и методик расчета образования металлических отходов все предприятия, организации получали соответствующие указания на сдачу установленных объемов металлических отходов для утилизации. За своевременным и полным исполнением указаний устанавливался жесткий контроль. Таким образом, на государственном уровне были установлены требования к предприятиям, на которых образовывались металлические отходы, осуществлялся контроль за исполнением этих требований, Правительство СССР стремилось обеспечить профессиональный подход к утилизации металлических отходов. Для того, чтобы исключить факты ненадлежащей утилизации металлических отходов, пресечь попытки несанкционированных выбросов металлических отходов, любых не санкционированных операций с металлическими отходами была создана специальная структура по выявлению и переработке металлических отходов - производственное объединение «Союзвторчермет» Министерства металлургии СССР. В это объединение входили областные и городские предприятия «Вторчермет» с сетями приемных пунктов. Работа «Вторчерметов», ломообразующих организаций, контролировалась заместителями руководителей районных и областных партийных комитетов.

Предприятия «Вторчермета» представляли собой специализированные организации, оснащенные техникой для переработки металлических отходов, контрольно-измерительной техникой. На таких предприятиях работал квалифицированный персонал, способный профессионально использовать специализированную технику. Все металлические отходы, кроме оборотного лома металлургических предприятий, поставлялись на эти предприятия, где производилась их утилизация. В подавляющем большинстве случаев металлические отходы доставлялись на предприятия «Вторчермет» теми организациями, у которых они образовывались, так как предприятия «Вторчермет» не располагали техникой для самостоятельного вывоза металлических отходов с мест их образования. После утилизации металлические отходы становились готовой сырьевой продукцией для металлургического производства. Металлургические предприятия в СССР закупали товарную сырьевую продукцию, а не металлические отходы. Существовало два рынка: рынок утилизации металлических отходов и рынок торговых операций с товарным ломом. Рынок утилизации металлических отходов решал государственную задачу полной и комплексной утилизации металлических отходов. Результатом его работы являлась утилизация металлических отходов и производство готовой сырьевой продукции - товарного лома.

Второй рынок осуществлял торговые операций с товарным ломом, часть которого отправлялась на экспорт. На этом этапе развития системы утилизации металлических отходов физические лица самостоятельными участниками процесса утилизации металлических отходов и операций с готовой сырьевой продукцией не являлись. Они не могли сдавать металлические отходы и получать наличные деньги кроме как отходы бытового происхождения. Плановые, технологические и организационные процессы утилизации металлических отходов участия физических лиц также не предусматривали. В развитии системы утилизации металлических отходов в 1991-2005 годах можно выделить два этапа

1991 -1996 годы: разрушение системы утилизации металлических отходов. В 1991 - 1996 годах в результате упразднения системы управления плановой экономикой, отсутствия единого координирующего центра происходит разрушение системы утилизации металлических отходов, выстроенной в предыдущий период времени.

Во-первых, было прекращено государственное регулирование планирования и контроля утилизации металлических отходов. Производственные предприятия, на которых образовывались металлические отходы, не были экономически заинтересованы в их сдаче на предприятия «Вторчермета». Регулирующих инструментов, которые бы вынуждали металлургические предприятия утилизировать свои собственные металлические отходы, в это время не было, а предприятия производственного объединения «Союзвторчермет», не имея собственного парка специализированного автотранспорта, не могли забирать металлические отходы с мест их образования. Во-вторых, прекратилось государственное финансирование предприятий по утилизации металлических отходов. Металлургические предприятия, как и предприятия по утилизации отходов оказались фактически неплатежеспособными. В результате произошло значительное снижение объема утилизации металлических отходов (рис. 1).

В наиболее кризисные для подотрасли 1994 - 1996 гг. объем утилизации отходов черных металлов сократился более чем в 2,7 раза по сравнению с 1987 г. - до 12 млн.тонн. Это привело к затяжному и прогрессирующему финансовому кризису на предприятиях бывшей системы «Союзвторчермет». Предприятия теряли квалифицированный персонал, производственные фонды не обновлялись, имевшиеся в советское время хозяйственные связи были утеряны.

Утилизация металлических отходов перестала быть государственной задачей. Фактически перестали выполняться требования государственных стандартов СССР, прейскуранта №01-03. 1996 - 2005 годы: формирование и развитие спекулятивной структуры рынка. В 1996 - 1997 гг. спрос на лом формируется главным образом со стороны внешних, зарубежных потребителей лома. Отечественная металлургия в это время находится в кризисном состоянии и не способна закупать товарный лом. Объем поставок металлических отходов и товарного лома на отечественные предприятия сократился до 7 млн.тонн в 1997 году. На рынке появляются новые участники - посредники, цель которых - максимальное извлечение прибыли. Этих участников можно разбить на следующие группы: 1) Фирмы, осуществляющие посреднические операции по перепродаже металлических отходов и товарного лома непосредственно зарубежным компаниям. Они располагаются в основном в российских портах, скупают металлические отходы, формально отвечающие требованиям международных стандартов. Металлические отходы, затратные в утилизации или даже частичной переработке, такими фирмами не закупаются. 2) Фирмы, осуществляющие скупку металлических отходов для дальнейшей их перепродажи на внутреннем рынке России. Формируется многоярусная система посредников. Эти фирмы также не осуществляют утилизацию металлических отходов, а скупают наименее затратные металлические отходы. 3) Физические лица, осуществляющие фактически не санкционированный сбор металлических отходов и доставку его либо на площадки фирм перекупщиков, либо, что реже - на площадку предприятий «Вторчермет». Предприятия «Вторчермет» окончательно теряют свое рыночное положение, они не способны конкурировать с новыми участниками рынка. Себестоимость утилизации металлических отходов на таких предприятиях значительна, «себестоимость» же спекулятивных операций у новых участников в несколько раз ниже.

Основной продукцией становятся частично отсортированные металлические отходы, качество которых не контролируемо. В результате теряют смысл понятия «готовая сырьевая продукция», «товарный лом». На рынок выбрасываются партии металлических отходов непонятного происхождения и качества. Подобные металлические отходы нельзя назвать готовой сырьевой продукцией - товарным ломом, так как они не прошли утилизации. При этом металлические отходы практически перестают утилизироваться, так как для этого требуются значительные затраты и профессиональная деятельность специалистов.

В итоге произошло смешение зкоспециализированного, высокотехнологичного и высокозатратного рынка утилизации металлических отходов и рынка коммерческих операций с товарным ломом, а также недопустимое слияние понятий «металлических отходов» - с одной стороны, и «товарного лома», «товарной сырьевой продукции» - с другой. В 1998 - 2004 гг. отмеченные тенденции получили свое дальнейшее развитие.

В итоге в настоящее время объем утилизации отходов и операций с товарным ломом только черных металлов в 2004 г. составил 30,6 млн.тонн, что примерно соответствует уровню 1985-1989 гг. (рис. 1). Рис.1. Динамика утилизации отходов черных металлов в России Потребителями этого вторичного сырья являются:

металлургические предприятия России (52%);

Белорусский металлургический завод (4%) ;

предприятия стран дальнего зарубежья (44%).

Следует отметить, что 75-80% от всего внутреннего потребления лома черных металлов приходится на 11 крупнейших металлургических предприятий. Одной из тенденций последних лет стал рост поставок лома черных и цветных металлов на внешние рынки. Общий объем экспорта лома черных металлов увеличился с 6,7 млн.т в 2002 г. до 12 млн.т в 2004 г. Его объем сейчас почти сравнялся с объемом внутреннего потребления. Неконтролируемый вывоз лома цветных металлов из Российской Федерации в конце 90-х годов создал его дефицит для национальных продуцентов вторичных металлов. Он снизился после того, как для решения этой проблемы в конце декабря 2000 г. на период до 1 января 2005 г. была введена 50% пошлина на экспорт лома и отходов цветных металлов (алюминий, медь, никель). Однако наблюдаемая динамика экспорта показывает, что принятые меры не смогли остановить рост экспорта лома цветных металлов из России. После введения пошлины объем экспорта первичного цветного металлолома снизился, но возросли объемы вывоза металлопродукции, получаемой путем переплава лома. Только в прошлом году из России вывезено 354 тысячи тонн меди, 366 тысяч тонн алюминия, 6 тысяч тонн никеля.

В итоге развития отмеченных тенденций в настоящее время на рынке товарного лома черных и цветных металлов действуют 4 категории участников. Во-первых, физические лица, которые осуществляют сбор и вывоз лома с мест его образования на места утилизации/погрузки в железнодорожные вагоны. В процесс сбора металлического лома в настоящее время вовлечено до 1,5-2 млн. «частников». Ими вовлекается в оборот, по различным оценкам, 75-80% металлических отходов. Институт частных сборщиков лома в значительной степени нелегитимен и сильно криминализирован. Число совершаемых хищений изделий из цветных металлов за последнее десятилетие возросло более чем в 20 раз. Во-вторых, организации - посредники, являющиеся формальными держателями лицензий (их число оценивается в 1000-1500). Эти фирмы занимаются скупкой металлического лома у физических лиц и отправкой его потребителю. На них приходится 40-45% оборота металлических отходов. Ими скупаются только металлические отходы, требующие минимальных затрат при подгонке к требуемой геометрии. Из-за отсутствия специализированных производственных фондов для утилизации отходов и минимизации переработки они обеспечивают низкую себестоимость операций с металлическим ломом и высокую рентабельность (20-23%), т.к. не имеют ни технической базы, ни кадров для профессиональной утилизации, чтобы обеспечить качество лома. Поэтому металлические отходы, требующие профессиональной утилизации, ими не закупаются. В-третьих, организации, осуществляющие профессиональную утилизацию металлических отходов. Эта категория участников рынка представлена бывшими «Вторчерметами», а также рядом частных предприятий. Ими утилизируется 35-45% от всего оборота металлических отходов. Рентабельность этих организаций порядка 5%.

В-четвертых, организации-экпортеры металлического лома, которые располагаются главным образом в портах и монополизировали к настоящему времени практически все имеющиеся портовые мощности по перевалке металлических отходов на экспорт. Находясь в приоритетном положении к остальным участникам рынка, эти предприятия не занимаются переработкой отходов и осуществляют только спекулятивные операции по купле-продаже лома, являются как и организации второй категории формальными держателями лицензий.

Таким образом сформировалась экспортно-направленная система обращения металлических отходов; резко увеличилось число участников рынка спекулятивных посреднических операций с металлическими отходами, не развивающих свое производство (его у них просто нет), не интересующихся происхождением отходов; сформировался нелегитимный по своему существу институт частных сборщиков лома; полностью потеряли свою значимость предприятия, профессионально утилизирующие металлические отходы; государство устранилось от решения проблемы профессиональной утилизации металлических отходов. Как следствие произошло слияние рынка профессиональной утилизации металлических отходов и рынка посреднических операций. Если металлический отход попадает на профессиональное предприятие по утилизации, то он утилизируется и становится готовой сырьевой продукцией - товарным ломом, после чего отправляется на металлургическое предприятие. Если же этот металлический отход попадает к фирме- посреднику, то фирма-посредник его не утилизирует, а перепродает на металлургическое предприятие.

В итоге образовался рынок спекулятивных операций с металлическими отходами.

С учетом вышесказанного можно констатировать следующие основные недостатки системы утилизации металлических отходов в России. В советский период государство уделяло этому вопросу большое внимание. Государство, осознавая важность проблемы утилизации металлических отходов, создавало правовые, экономические и организационные условия для функционирования подотрасли по утилизации металлических отходов. Первичной задачей государственного управления оборотом металлических отходов была полная утилизация, а вторичной - обеспечение металлургии. Существовало два сектора: сектор утилизации металлических отходов и сектор торговых операций с продукцией - металлическими отходами, прошедшими переработку в соответствии с государственными стандартами. Все торговые операций осуществлялись только с продукцией, соответствующей ГОСТам. Начиная с 90-х годов происходит разрушение существовавшей системы утилизации металлических отходов. Сегодня эта деятельность не рассматривается как имеющая государственное значение и обуславливающая экологическую, социальную безопасность общества, а представлена как работа коммерческих организаций по переработке и поставке металлических отходов на отечественный и зарубежный рынок. При оценке нынешнего состояния утилизации металлических отходов необходимо учитывать, что работы по утилизации металлических отходов осуществляются исключительно благодаря постоянному спросу на металлические отходы и полученную из него продукцию, но спрос не охватывает весь перечень металлических отходов. Не утилизируются в полном объеме отходы нержавеющих металлов, марганцовистых сталей и т.д. Трудности утилизации металлических отходов не так очевидны как проблемы с переработкой бытовых, пищевых отходов. Металлические отходы, кроме неликвидных видов, не лежат на улице, их можно сдать в приемный пункт и получить наличные деньги. Деятельностью по сбору металлических отходов, причем на нелегальной основе, в России занимается более миллиона человек. Основная доля металлических отходов, поступающих на специализированные предприятия, сдается именно физическими лицами.

К настоящему времени на федеральном уровне создана достаточно развитая нормативная правовая база, регламентирующая оборот лома цветных и черных металлов и деятельность упомянутых четырех категорий участников рынка. Она включает в себя: Гражданский кодекс РФ, Федеральный закон «Об отходах производства и потребления», Федеральный закон «О лицензировании отдельный видов деятельности», Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях, а также нормативные правовые акты, принятые Правительством РФ и органами государственной власти субъектов РФ.

Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» был принят в 1998 г. Он заложил правовые основы рационального обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения вредного воздействия отходов производства и потребления на здоровье человека и окружающую природную среду, а также вовлечения таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья, определил соответствующие полномочия органов государственной власти РФ и субъектов РФ, органов местного самоуправления. Под ломом и отходами цветных и (или) черных металлов понимаются пришедшие в негодность или утратившие свои потребительские свойства изделия из цветных и (или) черных металлов и их сплавов, а также неисправный брак, возникший в процессе производства указанных изделий. Металлический шлак, т.е. застывший остаток на поверхности металла не относится к категории лома металлов и поэтому деятельность по его переработке и реализации специального разрешения не требует. Основными принципами государственной политики в области обращения с отходами являются комплексная переработка материально-сырьевых ресурсов в целях уменьшения количества отходов; использование методов экономического регулирования деятельности в области обращения с отходами в целях уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот, т.е. закреплено понимание экологической проблематики деятельности с отходами и подчеркнут приоритет профессиональной утилизации отходов, в том числе и металлических. Право собственности на отходы принадлежит собственнику сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, а также товаров (продукции), в результате использования которых эти отходы образовались. Оно может быть приобретено другим лицом на основании договора купли-продажи, мены, дарения или иной сделки об отчуждении отходов. В случае, если отходы брошены собственником или иным образом оставлены им с целью отказаться от права собственности на них, лицо, в собственности, во владении либо в пользовании которого находится земельный участок, водоем или иной объект, где находятся брошенные отходы, может обратить их в свою собственность, приступив к их использованию или совершив иные действия, свидетельствующие об обращении их в собственность.

Физические лица могут осуществлять в порядке, установленном законодательством Российской Федерации, отчуждение лома и отходов цветных металлов, образующихся при использовании изделий из цветных металлов в быту и принадлежащих им на праве собственности, согласно перечню разрешенных для приема от физических лиц, утвержденному органами государственной власти субъектов Российской Федерации. и индивидуальные предприниматели могут осуществлять обращение с ломом и отходами цветных металлов и их отчуждение в случае, если имеются документы, подтверждающие их право собственности на указанные лом и отходы.

Гражданский кодекс Российской Федерации (ГК РФ) определяет случаи приобретения прав на лом и отходы, от которых собственник отказался. В частности, статьей 226 ГК РФ определяется понятие брошенных вещей. К ним относятся, во-первых, вещи, которые были брошены, и притом именно своим собственником. Во-вторых, вещи, оставленные собственником, не должны являться объектом активной деятельности. В-третьих, и выбрасывание вещи, и ее оставление должны преследовать определенную цель, а именно цель отказа от права собственности. Только такие вещи могут быть обращены в свою собственность другими лицами. Эта статья делит все брошенные вещи на две категории. Одну из них составляют малоценные вещи, в которую и включены лом металлов, отходы производства и другие отходы. Право собственности на брошенные вещи, принадлежащие к этой категории, приобретаются при приступлении к их использованию или совершении иных действий, свидетельствующие об обращении вещи в собственность. Но это право может быть приобретено только лицом, в собственности, владении или пользовании которого находится земельный участок, водоем или иной объект, где находятся брошенные отходы.

Глава 4. Полезное использование шлаков мусоросжигания

бытовые отходы черная металлургия

Концепция использования ТБО как сырьевого ресурса подразумевает извлечение максимальной пользы из всех фракций отходов, независимо от применяемой технологии утилизации. С распространением мусоросжигания становится острым вопрос утилизации вторичных отходов - зольной части ТБО. Минеральная часть бытовых отходов составляет от 10 до 35 % сухой массы ТБО [1-4] и потенциально может использоваться с большой пользой в строительстве. Однако в настоящее время утилизация твердого остатка, образующегося после сжигания ТБО, является затратной статьей и не приносит прибыль большинству мусоросжигательных заводов. Проблема кроется в несовершенстве применяемых технологий мусоросжигания. Наибольшее распространение в европейских странах получила технология слоевого сжигания смешанных ТБО в котлоагрегатах с подвижными колосниковыми решетками. Данный технологический процесс хорошо отлажен и высокоавтоматизирован. Строительством подобных заводов занимается множество фирм.

Тепло, выделяющееся при горении, утилизируется с получением энергетического пара [1]. Остаток от сжигания (зола) представляет собой материал, состоящий частично из проплавленной зольной части ТБО с углеродистыми включениями недогоревшей органики. Выход золы в зависимости от состава утилизируемых отходов достигает 30 % от массы исходных ТБО, однако в среднем составляет около 20 %. Данный продукт (зола) является токсичным (III класс опасности), поэтому сфера его полезного применения весьма ограничена.

Зола ввиду своей химической нестабильности ограниченно применима в качестве заполнителя при строительстве дорог и малоответственных железобетонных изделий (бордюрный камень), то есть там, где обеспечивается ее стабилизация путем добавки в твердеющие смеси. К тому же, согласно последним исследованиям, добавка к цементным смесям золы от мусоросжигания ухудшает прочность цемента, хотя и приводит к стабилизации содержащихся в ней металлов [5]. Во многих случаях зола захоранивается как токсичные отходы на специально оборудованных площадках. Для обеспечения экологической безопасности и возможности широкого использования золы в строительстве требуется ее специальная переработка. Основная технология обезвреживания золы - ее переплавка с использованием различных схем подвода тепла (электрическая дуга, плазма и т. д.). Такой подход к проблеме видится не оправданным как по технологическим (многостадийность процесса утилизации ТБО), так и по экономическим причинам (дополнительные капитальные и энергетические затраты). В данном случае перспективными являются высокотемпературные технологии утилизации ТБО, позволяющие получать плавленый, свободный от органики и стойкий к внешним воздействиям шлак непосредственно в мусоросжигательном агрегате.