Как сухое анаэробное сбраживание уменьшает количество ТКО
Как доступно, эффективно и экологично утилизировать твердые коммунальные отходы (ТКО)? Что такое аэробное и анаэробное сбраживание и в чем преимущества данных методов? Поговорим об этом в статье.
ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБРАЩЕНИЯ С ТКО
По данным на 2024 год в России не хватает мусорных контейнеров и специализированной техники. Из 21 000 необходимых мусоровозов работают только 18 000. Кроме того, существует дефицит инфраструктуры по переработке ТКО. По плану к 2030 необходимо построить и (или) реконструировать 868 предприятий. За пять лет ввели только 250 объектов, из них по обработке мусора – 34 и еще 65 – по утилизации. Также отсутствуют мусоросжигательные заводы. При этом плата за обращение с отходами растет. Только за 2024 на транспортировку и утилизацию бытовых отходов собрано 280 млрд руб.
Размещение отходов приносит огромный экологический, экономический и социальный ущерб. По оценке экспертов, под захоронение отходов занято от 4 до 7 млн га земли, что сопоставимо с территорией многих европейских стран. В результате значительные площади выведены из хозяйственного оборота, при этом они становятся источниками токсичного загрязнения воздуха, почвы и подземных вод; антисанитарные условия способствуют развитию патогенной для человека и домашних животных флоры, фауны и микроорганизмов.
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ ТКО В РОССИИ
Среди самых распространенных в России способов обращения с ТКО:
Захоронение на полигонах. Один из наиболее часто применяемых способов, не является экологически безопасным, так как свалки могут загрязнять грунтовые воды и воздух.
Сжигание. При горении ТКО выделяют токсичные вещества, загрязняющие воздух и воду. Требуются высокозатратные очистные сооружения.
Компостирование. Этот метод подходит исключительно для утилизации растительных и пищевых отходов. Перед обработкой необходимо рассортировать мусор.
Повторное использование. Вариант касается искусственных материалов. Вещества, которые подлежат повторной обработке (металлолом, пластик, стекло), могут использоваться в качестве вторичного сырья.
Каждый из перечисленных способов обладает определенными недостатками:
при захоронении между различными составляющими ТКО происходят химические реакции и биохимические процессы, приводящие к образованию токсичных соединений;
отсутствие раздельного сбора и переработки отходов, содержащих токсичные компоненты, увеличивает риск загрязнения окружающей среды вредными веществами.
АНАЭРОБНОЕ КОМПОСТИРОВАНИЕ
Наиболее экономически выгодным и экологически безопасным методом утилизации отходов является анаэробное компостирование.
Сокращение объема отходов, направляемых на захоронение
Анаэробная переработка позволяет получать технические грунты и электрическую энергию, что соответствует целям реализуемого в стране нацпроекта «Экология».
Переработка возможна практически в любых климатических условиях
В России из-за холодного климата технология компостирования на открытых площадках неприемлема.
Относительно выгодный метод
По сравнению со складированием экономическая выгода компостирования составляет 100–400 руб/т ТКО, а по сравнению со сжиганием – 1200–2500 руб/т.
Комбинированное и сухое анаэробное сбраживание позволяет минимизировать выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Процесс сбраживания направлен на аккумуляцию и использование образующегося биогаза, а остатки сбраживания используются в качестве грунтов. При этом герметичная камера и замкнутый контур циркуляции паровоздушной смеси обеспечивают отсутствие выбросов, испарений и запаха.
Кроме того, технология сухого сбраживания подходит для ТКО с большим количеством включений (металл, пластик, бумага), в то время как при использовании других технологий эти включения приводят к частым поломкам оборудования либо к его неправильной эксплуатации.
В итоге сухое сбраживание способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду при утилизации ТКО.
СКОЛЬКО СТОИТ УТИЛИЗАЦИЯ МЕТОДОМ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ
Рассмотрим, как скажется реализация проекта по строительству объекта сухого сбраживания отсева ТКО на биогазовой станции на тарифе по обращению с отходами.
Приведем пример. Зона деятельности регионального оператора охватывает населенные пункты с численностью населения 392 тыс. чел. и 21 тыс. организаций и индивидуальных предпринимателей. За год в этой зоне деятельности образуется 134 тыс. т отходов. Отходы поступают на объект обработки, где происходит их сортировка с дальнейшим направлением несортируемых отходов на полигон.
Экономически обоснованный тариф регионального оператора на услуги по обращению с отходами, который включает в себя услуги по сбору, транспортировке, обработке и захоронению отходов, утвержден уполномоченным исполнительным органом в размере 650 руб/м3. При плотности отходов в 120 кг/м3 тариф на обращение 1 тонны отходов составит 5417 руб/т.
Проекты по строительству биогазовых станций, несмотря на сравнительно высокую стоимость, не оказывают существенного влияния на рост регулируемых тарифов в области обращения с отходами. Это связано с тем, что проекты в большой степени являются самоокупаемыми за счет нетарифных источников: реализации электрической энергии по зеленому тарифу, использования механизмов зеленой и углеродной сертификации.
После сухого сбраживания отсева органической части ТКО образуется конечный продукт – технический грунт, который может использоваться по минимальной стоимости (в несколько раз дешевле) на полигонах захоронения отходов для промежуточной изоляции слоев ТКО вместо классически применяемого песка. Утилизация отсева органической части ТКО на биогазовых станциях классифицируется как энергетическая утилизация и подлежит государственному регулированию.
Таким образом, в затраты регионального оператора на обращение с отходами (5417 руб/т) будут дополнительно включена плата за энергетическую утилизацию. Из образованного за год количества отходов (134 тыс. т) на энергетическую утилизацию поступит 48,2 тыс. т органической части ТКО. При тарифе на энергетическую утилизацию отходов в размере 1500 руб/т влияние на тариф регионального оператора составит 540 р/т или 64,8 руб/м3. Тариф увеличится на 10%.
Учитывая, что плата граждан за обращение с ТКО занимает менее 5% в совокупном платеже за ЖКУ (в зависимости от набора услуг и времени года), то увеличение стоимости услуг регионального оператора на 10% приведет к росту совокупного платежа гражданина менее, чем на 1 %. При этом надо учитывать положительное влияние биогазовой станции на окружающую среду, в том числе снижение количества захораниваемых отходов и углеродного следа.
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ АНАЭРОБНОГО И АЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ
Сухое анаэробное сбраживание – это процесс биоразложения органической фракции ТКО при отсутствии кислорода. Он позволяет получать биогаз, используемый для производства электроэнергии и тепла, а также дигестат – ценное органическое удобрение.
Технология характеризуется относительно высокой скоростью разложения, меньшим объемом образующихся сточных вод по сравнению с мокрым анаэробным сбраживанием и возможностью переработки ТКО с высоким содержанием сухих веществ.
Преимущества метода:
фактическое отсутствие выбросов в атмосферу (биогаз направляется на переработку в условиях герметичности оборудования);
производство электрической и тепловой энергии, технического грунта;
отсутствие резких запахов (сбраживание осуществляется в герметичных резервуарах без доступа кислорода);
экономическая модель строится за счет реализации электрической и тепловой энергии, зеленых сертификатов и технического грунта;
соответствие технологии ESG-стандартам. Объект подпадает под категорию «возобновляемый источник энергии», есть возможность получить зеленый тариф.
Недостатки:
относительно высокий размер капитальных затрат;
требует ответственного подхода к эксплуатации;
могут возникнуть трудности в получении зеленого тарифа.
Некоторые экологические и экономические преимущества проекта анаэробного сбраживания ТКО:
Экологичность. Микробиологическая переработка органической фракции ТКО, состоящей в основном из пищевых отходов и бумаги, более привлекательна и экологична, чем термохимическая конверсия или захоронение на полигонах ТКО.
Получение полезных продуктов. Технология позволяет не только устранить вред окружающей среде от ТКО, но и получить биогаз, который можно использовать как топливо или источник электроэнергии. Также осадок анаэробного сбраживания можно применять для получения искусственного грунта, который используется как удобрение.
Снижение эмиссии парниковых газов. Потенциал снижения эмиссии за счет внедрения таких технологий эксперты оценивают в 13 % от общей эмиссии, связанной с использованием ископаемых видов топлива.
Экономическая эффективность. Получаемый биогаз можно использовать для генерации тепловой и электрической энергии, заместив часть потребляемых энергоресурсов собственными, что снижает затраты.
Крупный проект привлекательнее для банков.
Банковское финансирование большей части стоимости проекта (до 80 %).
Диверсификация источников возврата инвестиций (72 % выручки не зависит от тарифного регулирования).
Снижение углеродного следа.
Соответствует принципам ESG.
Отсутствие неприятных запахов в месте переработки отходов.
Минимизирует нагрузку на рост платы граждан и необходимую валовую выручку региональных операторов.
Бюджетная эффективность проекта выше в два раза по сравнению с аэробным компостированием.
Чистый денежный поток за 15 лет эксплуатации выше в два раза по сравнению с аэробным компостированием.
Аэробное компостирование в буртах – это метод биоразложения органических отходов под воздействием кислорода и микроорганизмов. Отходы формируются в длинные гряды (бурты) и регулярно перемешиваются для обеспечения аэрации. В результате процесса образуется технический грунт. Аэробное компостирование отличается простотой и относительно низкой стоимостью, но требует значительных площадей для размещения буртов и контроля за выделением запахов.
Преимущества:
относительно низкий размер капитальных затрат;
низкий размер эксплуатационных затрат.
Недостатки:
выделение в атмосферу парниковых газов в процессе компостирования;
отсутствие полезных продуктов (кроме технического грунта);
резкий неприятный запах;
создание благоприятной среды для распространения бактерий, грызунов и насекомых;
экономическая модель строится исключительно за счет установления тарифа и включения затрат в общий единый тариф регионального оператора;
технология в соответствии с общемировой практикой признана неэффективной и дальнейшего распространения не получила;
длительность процессов.
Выбор между сухим анаэробным сбраживанием и аэробным компостированием в буртах зависит от состава ТКО, доступности ресурсов и экологических требований. В некоторых случаях целесообразно комбинировать оба метода для достижения максимальной эффективности утилизации отходов и получения ценных вторичных продуктов.
Внедрение данных технологий способствует сокращению объемов захоронения ТКО, снижению негативного воздействия на окружающую среду и развитию экономики замкнутого цикла.
ВАЖНЫЕ НЮАНСЫ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ
Для успешной реализации технологий анаэробного сбраживания и аэробного компостирования необходимо учитывать ряд факторов.
Важным аспектом является предварительная сортировка ТКО для удаления неорганических материалов, таких как металлы, стекло и пластик. Это позволяет повысить эффективность биоразложения органической фракции и улучшить качество конечных продуктов.
Необходимо тщательно контролировать параметры процесса, такие как температура, влажность, pH и содержание кислорода, для обеспечения оптимальных условий для деятельности микроорганизмов.
Особое внимание следует уделять управлению побочными продуктами, образующимися в процессе переработки ТКО. В случае анаэробного сбраживания это может быть сероводород, содержащийся в биогазе, который необходимо удалять для предотвращения коррозии оборудования и загрязнения воздуха. При аэробном компостировании необходимо контролировать выделение запахов, которые могут быть неприятными для окружающих. Для этого применяются различные методы, такие как использование биофильтров и герметизация буртов.
