Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ТВЕРДЫХ КОММУНАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к способам определения компонентного состава и свойств твердых коммунальных отходов (ТКО) с использованием оптико-механической сортировки и предназначено для достоверной оценки ТКО как сырья с целью последующей переработки.

Компонентный состав характеризует соотношение отдельных компонентов ТКО, выраженное в процентах к общей массе.

Известен способ определения компонентного (морфологического) состава ТКО (ТБО) гравиметрическим методом (ПНД Ф 16.3.55-08. Количественный химический анализ почв. Твердые бытовые отходы. Определение морфологического состава гравиметрическим методом, 2008) (http://www.waste.ru/modules/documents/item.php?itemid=216).

Недостатками указанного способа являются низкая масса анализируемой пробы (2 кг) и однократное выполнение ее исследований. На практике в действительности высокая гетерогенность ТКО и значительные колебания их состава во времени требуют систематического отбора и анализа значительно больших масс проб. Кроме того, перечень компонентов строго регламентирован, т.е. всего не более 15, а именно бумага, картон, текстиль, стекло, пластмасса, пищевые отходы, камни, кости, резина, кожа, древесина, металлический лом цветной и черный, уличный смет и прочее, что не отвечает изменившейся структуре потребления товаров. Поэтому известный способ не является достоверным.

Наиболее близким к заявляемому является способ оценки компонентного состава ТКО, который предлагает анализ компонентного (морфологического) состава ТКО (ТБО) путем отбора одной модельной пробы отходов с известным составом, разделение ее на отдельные компоненты, взвешивание и вычисление их процентного соотношения. Разделение отходов на компоненты осуществляют вручную или с использованием оптико-механической сортировки, при этом программный блок сканирующей системы осуществляет сбор статистических данных о площади материалов (Г.В. Ильиных, Д.Л. Борисов, С.В. Полыгалов, Я.В. Базылева. Исследование морфологического состава модельных проб ТБО с использованием оптико-механической сортировки, журнал «Экология и промышленность России», апрель 2014, с. 24-28).

Технический результат заключается в получении высокой статистической достоверности и низкой погрешности при оценке компонентного состава твердых коммунальных отходов с широким перечнем компонентов, что позволяет достоверно оценивать их как сырье для последующей переработки и использования содержащихся в нем компонентов.

Сущность изобретения заключается в том, что по способу оценки компонентного состава твердых коммунальных отходов (ТКО), включающему отбор проб ТКО, отделение компонентов первой пробы оптико-механической сортировкой, замер площади и массы каждого компонента пробы, согласно формуле изобретения массу и место отбора первой анализируемой пробы с неопределенным составом выбирают в зависимости от категорий компонентов, причем первую пробу предварительно сортируют на два типа, а именно не подлежащих и подлежащих оптико-механической сортировке, при этом не подлежащие сортировке компоненты взвешивают, а у оставшихся компонентов определяют площадь оптико-механической сортировкой и массу каждого компонента в отдельности, после чего вычисляют коэффициент К перевода единиц площади в единицы массы, далее осуществляют обработку последующих проб ТКО с разных мест отбора в количестве не менее 30, затем компоненты, не подлежащие оптико-механической сортировке, взвешивают, а для компонентов, подлежащих оптико-механической сортировке, с учетом вычисленных ранее коэффициентов К и величин площадей соответствующих компонентов указанных проб ТКО определяют массу каждого из компонентов и с учетом массы не подлежащих оптико-механической сортировке компонентов и массы остальных компонентов осуществляют расчет компонентного состава всех проб ТКО и оценку потенциала ТКО как сырья.

От выбора первой анализируемой пробы зависит статистическая достоверность способа, поэтому массу и место отбора первой пробы с неопределенным составом следует выбирать в зависимости от категорий компонентов. Ниже в таблице 1 приведены экспериментальные данные, согласно которым осуществляют выбор массы анализируемой пробы:

Количество последующих проб ТКО должно составлять 30 и выше, что зависит от назначений исследований и перечня определяемых компонентов, при этом, чем неоднороднее материал, тем большее число проб должно быть.

Теоретически необходимое число проб находят из соотношения:

,

где

N - необходимое число проб;

t_α - коэффициент Стьюдента;

- стандартное отклонение единичных результатов анализа от их общего среднего (чем неоднороднее материал, тем больше значение), %;

D_n - нормированная погрешность анализа, %.

Коэффициент Стьюдента при доверительной вероятности 95% принят равным 1,96. Стандартное отклонение единичных результатов анализа от их общего среднего рассчитывают по результатам предыдущих исследований состава отходов, а для исследований, проводимых впервые, его принимают равным 28-31%. Нормированную погрешность анализа при исследованиях компонентного состава ТКО принимают равной 10%.

Таким образом, общее количество проб для получения достоверных результатов компонентного состава отходов составляет не менее 30. Использование количества проб менее 30 не обеспечит погрешность анализа, равную 10%.

Для сезонных исследований необходимо анализировать до 5 проб в день при охвате всех дней недели. Места отбора и выполнение отбора проб указаны в Таблице 2.

Оптико-механическая сортировка позволяет распознавать материалы с помощью системы датчиков и сенсоров, работающих в ближней инфракрасной и видимой области спектра. Программный блок сканирующей системы собирает статистические данные о площади проходящих под ним материалов, расположенных на перемещающемся конвейере. В конце конвейера поток ТКО проходит над блоком пневматических клапанов, которые в соответствии с программой и сигналом, поступающим от сканера, выдувают нужный компонент (Г.В. Ильиных, Д.Л. Борисов, С.В. Полыгалов, Я.В. Базылева. Исследование морфологического состава модельных проб ТБО с использованием оптико-механической сортировки, журнал «Экология и промышленность России», апрель 2014, с. 24, столбец 3).

Заявляемый порядок операций позволяет осуществлять оценку компонентного состава ТКО с погрешностью не более 10% и определять компонентный состав и свойства ТКО с минимальными временными и трудовыми затратами.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбор первой пробы с неопределенным составом осуществляют в зависимости от категорий компонентов (Таблица 1). Далее первую пробу подвергают сортировке на 2 типа компонентов - не подлежащих оптико-механической сортировке (стекло, камни, кости, металлы и т.п.) и подлежащих указанному типу сортировки (бумага, картон, пластмасса, пищевые отходы, древесина и т.п.). Не подлежащие сортировке компоненты взвешивают. У остальных компонентов определяют площадь и массу каждого компонента в отдельности.

Затем осуществляют вычисление коэффициента К. Коэффициент К служит для перевода измеренных площадей каждого из компонентов в массу.

Далее следует обработка последующих проб ТКО с разных мест отбора в количестве не менее 30, при этом места отбора и порядок выполнения отбора проб соответствуют Таблице 2.

После замера площадей каждого компонента при оптико-механической сортировке с учетом вычисленного ранее К и величин площадей компонентов указанных проб ТКО определяют массу каждого из компонентов и с учетом массы не подлежащих оптико-механической сортировке компонентов и массы остальных компонентов осуществляют расчет компонентного состава всех проб ТКО. По результатам расчетов оценивают потенциал ТКО как сырья.

Пример

Была проведена оценка компонентного состава отходов, собранных в Ленинском районе г. Перми. Для этого отбор первой пробы осуществляли непосредственно после разгрузки мусоровоза методом квартования, когда отходы, выгруженные на площадку, разделяли на 4 сектора. Из двух противоположных секторов отбирали пробу массой 168 кг.

Далее первую пробу вручную разделяли на 2 типа компонентов.

1 тип - это стекло, камни, кости, металлы и т.п., т.е. те, которые не распознаются оптико-механической сортировкой. Эти компоненты отбирали и в отдельности взвешивали. Результаты взвешивания:

стекло - 16,3 кг; камни - 11,1 кг; кости - 3,6 кг; металлы - 14,5 кг; пищевые отходы - 39,3 кг; прочее - 25,4 кг.

Остальную массу ТКО 2-го типа весом 57,8 кг, содержащую бумагу, картон, пластмассу, текстиль и древесину отправляли на оптико-механическую сортировку. При этом ТКО помещали на движущийся конвейер, равномерно распределив компоненты, оптический прибор распознавал материалы с помощью системы датчиков и сенсоров VIS и NIR, работающих в ближней инфракрасной и видимой области спектра. Программный блок сканирующей системы собирал статистические данные о площади проходящих под ним материалов. В конце конвейера поток ТКО проходил над блоком пневматических клапанов, которые в соответствии с программой и сигналами, поступающими со сканера, выдували нужный компонент в соответствующий контейнер. Затем содержимое всех контейнеров взвешивали. Результаты взвешивания:

бумага - 12,8 кг; картон - 14,7 кг; пластмасса - 18,3 кг; текстиль - 5,4 кг; древесина - 6,6 кг.

Площади каждого из компонентов по показаниям программного блока, составили:

Бумага - 66,3062 м²;

Картон - 73,7658 м²;

Пластмасса - 25,9355 м²;

Текстиль - 22,6329 м²;

Древесина - 32,5362 м².

Коэффициенты К, вычисленные для каждого компонента, были следующими:

К_бумага=5,17; К_картон=5,03; К_{пластмасса}=1,42; К_{текстиль}=4,77; К_{древесина}=4,88.

Далее были отобраны 35 проб по указанной выше методике, вес каждой пробы составил 168 кг. В табл. 3 представлены массы компонентов, не подлежащих сортировке.

На основании площадей и коэффициентов перевода К были вычислены массы компонентов, подлежащих сортировке. Результаты представлены в таблице 4.

Результаты расчета следующие:

Стекло - 9,1%;

Камни - 5,9%;

Кости - 2,2%;

Металлы - 8,7%;

Пищевые отходы - 24,3%;

Прочее - 16,3%;

Бумага - 7,5%;

Картон - 8,6%;

Пластмассы - 10,4%;

Текстиль - 3,1%;

Древесина - 4,0%.

Результат расчетов показывает, что в составе исследуемых отходов имеются ценные компоненты, в том числе металлы, бумага, картон в достаточном количестве, чтобы их извлечь и отправить на вторичную переработку.