Оптимизация системы обращения с золошлаковыми отходами мусоросжигательных заводов на примере МСЗ №4 г. Москвы

В статье рассмотрена система обращения с золошлаковыми отходами мусоросжигательных заводов на примере МСЗ №4 г Москвы. Проведён сравнительный анализ и оценка экономической эффективности наилучшей доступной технологии утилизации шлака МСЗ № 4. Рассчитаны/ капитальные и эксплуатационные затраты, чистый экономический эффект, рентабельность и период окупаемости В результате выбран метод нейтрализации токсических веществ путём измельчения в присутствии гашеной извести.

Переход к экономике замкнутого цикла (ЭЗЦ) является стратегической задачей для Российской Федерации. Ключевым аспектом этого перехода является эффективное использование вторичных ресурсов, к которым относятся золошлаковые отходы (ЗШО), образующиеся при термическом обезвреживании твёрдых коммунальных отходов (ТКО). В Москве действуют три мусоросжигательных завода (МСЗ), ежегодно образующие десятки тысяч тонн ЗШО [1]. В частности, МСЗ №4, использующий технологию сжигания в вихревом кипящем слое, производит около 39 375 тонн ЗШО в год [2]. Несмотря на то, что шлак, составляющий до 75% от этого объёма, классифицируется по ФККО как отход IV класса опасности (код 7 47 981 99 20 4) и потенциально пригоден для использования в строительстве, на практике он часто смешивается с более токсичной золой и складируется на территории предприятий. Это создаёт экологические риски, в том числе риск разноса лёгкой фракции ветром, и свидетельствует о нерациональном использовании ресурсов [3]. В связи с этим поиск и внедрение экономически эффективных и экологически безопасных технологий утилизации ЗШО являются актуальной научно-практической задачей.

В работе применялся метод определения наилучшей доступной технологии в соответствии с критериями, установленными Информационно-техническим справочником по НДТ (ИТС 9-2020) [4]:

• Критерий 1: Уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчёте на единицу продукции.
• Критерий 2: Экономическая эффективность внедрения и эксплуатации.
• Критерий 3: Применение ресурсо- и энергосберегающих методов.
• Критерий 4: Период внедрения.
• Критерий 5: Промышленное внедрение на двух и более объектах.

Для оценки экономической эффективности рассчитывались [5]: капитальные и эксплуатационные затраты, чистый экономический эффект (ЛД), рентабельность (R), период окупаемости, себестоимость утилизации. Объект исследования: МСЗ №4 (ГУП «ЭКОТЕХПРОМ»), г. Москва [2]. Технология: Сжигание в вихревом кипящем слое с предварительной сортировкой ТКО [6].

Годовой объем ЗШО: 39 375 тонн, из которых:

• Шлак: 29 531 тонн/год (75%);
• Летучая зола: 9 843 тонн/год (25%).

Особенностью шлака МСЗ №4 является его высокая однородность и преобладание в составе оксида кремния (SiO2 — 81-85%), что обусловлено предварительным измельчением отходов и использованием кварцевого песка в качестве теплоносителя [7]. Однако, как показал анализ, в шлаке присутствуют тяжёлые металлы в концентрациях, превышающих ПДК для почв, что требует его обработки перед вторичным использованием [8].

Для детального анализа были выбраны два метода, наиболее применимых для МСЗ №4:

Метод 1. Нейтрализация токсических веществ путём измельчения в присутствии гашеной извести (Патент № 2 171 150) [9]. Включает стадии магнитной сепарации, грохочения, дробления шлака и его смешивания с песком, цементом и известью с последующим гранулированием. Продукт — гранулы-наполнители для строительной индустрии.

Метод 2. Обработка шлака путём вызревания на открытом воздухе (рекомендован ИТС НДТ) [4]. Включает магнитную сепарацию, грохочение и складирование шлака на специально оборудованной площадке в течение 6 недель для естественного выщелачивания и снижения токсичности. Продукт — инертный материал для дорожного строительства.

Оба метода предусматривают предварительное извлечение полезных фракций:

• Магнитная фракция (Fe2O3): ~428 тонн/год. Доход от реализации: ~25,7 млн руб./год.
• Крупная фракция песка (>10 мм): ~8 425 тонн/год. Возврат в технологический цикл завода.
• Сравнительная характеристика методов приведена в таблице 2.

Следует отметить, что высокая рентабельность Метода 2 во 2-й год объясняется низкими эксплуатационными затратами после окупаемости, однако абсолютный годовой доход и экономический эффект существенно ниже, чем у Метода 1.

Исходя из сопоставленных признаков, можно говорить о том, что метод 1 — Нейтрализация токсических веществ путём измельчения в присутствии гашеной извести, — является более подходящим для применения в данных условиях.

Так, процесс утилизации шлака с последующим производством продукта в процессе утилизации представлен на рисунке 1.

Внедрение выбранной технологии на МСЗ №4 позволит предприятию прекратить складирование шлака на территории, сократить затраты на платную утилизацию отходов, получить дополнительный доход от продажи вторичных материалов, а также повысить экологическую безопасность производства.

На основе комплексного анализа по критериям НДТ наилучшей доступной технологией для утилизации шлака МСЗ №4 признан Метод 1 — нейтрализация токсических веществ путем измельчения в присутствии гашеной извести [9].

Ключевым преимуществом Метода 1 является его высокая экономическая эффективность. Чистый экономический эффект от его внедрения составляет более 32 млн руб. в год, что на ~10 млн руб. превышает показатели Метода 2. Оборудование окупается менее чем за 2 месяца.

Метод 1 позволяет не только утилизировать отходы, но и производить востребованный продукт — гранулы-наполнители для строительной отрасли, что полностью соответствует принципам экономики замкнутого цикла. Таким образом, реализация предложенного решения является практическим шагом к внедрению экономики замкнутого цикла в сфере обращения с отходами энергетической утилизации ТКО в России.

Литература:

1. Мусоросжигательные заводы в Москве и Подмосковье // Компания «Алон-Ра». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://alon-ra.ru/musoroszhigatelnye-zavody-v-moskve-i-podmoskove.html (Дата
   обращения 07.01.2025)
2. Онлайн табло выбросов МСЗ №4 // Хартия. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://hartiya.com/o-kompanii/emission/ (Дата обращения: 16.01.2025)
3. Введение выпускной квалификационной работы Нагумановой К.
4. ИТС 9-2020 Утилизации и обезвреживания отходов термическими способами // Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. Москва, 2020. 200 с.
5. Харламова, М. Д. Ресурсосбережение и рециклинг отходов производства и потребления: учебное пособие / М. Д. Харламова, А. Абдыжапарова, Д. О. Капралова. — Москва: Российский ун-т дружбы народов, 2019. — 128 с.

6. Юсуфов М. И. Как утилизировать мусор: сжигать нельзя перерабатывать. Где ставить запятую — наш выбор // Научные труды Вольного экономического общества России. 2010. №133. С. 111-130.
7. Тугов А. Н. Перспективы энергетической утилизации ТБО // Нетрадиционные и новые источники тепловой энергии. — 2014. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_ stat/stat_shablon.php?id=2914 (Дата обращения: 16.01.2025)
8. Щеблыкина Т. П. и др. Эколого-гигиенические аспекты утилизации золошлаковых отходов от сжигания ТКО // Твердые бытовые отходы. -2017. — №. 8. — С. 22-27.
9. Способ переработки токсичных отходов 2000116329/12 от 26.06.2000 // Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: htps://new. fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet?DB=RUPAT&DocNumber=2171150 &TypeFile=html (Дата обращения: 16.01.2025)
10. Kreislaufwirtschaft im Fokus: Es bleibt immer etwas ubrig! AVG Koln. // YouTube: AVG Koln. — [Electronic resource]. — URL: https://youtu.be/ ukLHT21FzxU?feature=shared Accessed 06.01.2025)

Авторы: Е. Е. Могилёва, А. А. Александрова, К. Нагуманова. Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, г. Москва

Источник: Экономика замкнутого цикла. Молодежный взгляд. Вторая студенческая научно-практическая конференция (Москва, 30 ноября 2025 г.) / Сборник тезисов — М.: Мир науки, 2026 г. — Режим доступа: https://izd-mn.com/PDF/13MNNPK26.pdf — Загл. с экрана.