Разработка автоматизированной системы управления процессом переработки твердых бытовых отходов

Содержание
Введение.....................................................................................................
1 Аналитический обзор современного состояния исследуемой
проблемы………………………………………………………………
1.1 Обзор и анализ существующих методов переработки ТБО……
1.2 Постановка задачи………………………………………………...
2 Разработка автоматизированной системы управления процессом
переработки твердых бытовых отходов……………………………..
2.1 Разработка технологической схемы процесса переработки
ТБО методом пиролиза…………………………………………...
2.2 Разработка функциональной схемы автоматизации……………
2.3 Разработка структурной схему регулирования температуры в
реакторе……………………………………………………………
2.4 Выбор программно-технических средств……………………….
2.5 Разработка программного приложения в среде CoDeSys………
3 Безопасность жизнедеятельности……………………………………
3.1Анализ производственных факторов, влияющих на работников завода по переработке ТБО и окружающую среду..................................................................................................
3.2 Техника безопасности на предприятии по переработке ТБО…..
3.3 Противопожарные меры безопасности…………………………..
3.4 Расчет вредных выбросов в атмосферу………………………….
3.5Мероприятия по защите окружающей среды от вредных
выбросов…………………………………………………………...
4 Экономическая часть…………………………………………………..
4.1 Технологическое описание процесса…………………………….
4.2 Определение затрат в системах автоматизации…………………
Заключение……………………………………………………………….
Список сокращений……………………………………………………...
Список литературы………………………………………………………
Приложение А Технологическая схема………………………………...
Приложение Б Функциональная схема…………………………………
Приложение В Листинг основной программы………………………...
1 Аналитический обзор современного состояния исследуемой проблем
Изо дня в день рост численности населения сказывается на количестве
потребляемых ресурсов. Известный факт, что потребление ресурсов, тех же
самых продуктов питания, бытовой химии и так далее, влечет за собой
увеличение числа отходов. Мусорные свалки, загрязнение водоемов, почвы и
атмосферы – это все то, к чему приводит жизнедеятельность людей.
В Казахстане сложилась плачевная ситуация в плане обезвреживания,
хранения и захоронения бытовых отходов, что приводит к опасному
загрязнению окружающей среды, нерациональному использовани
природных ресурсов, и, что немаловажно, представляет реальную угрозу
здоровью современных и будущих поколений страны.
Для каждой административной единицы Казахстана одной из основных
задач охраны окружающей среды является решение проблем обезвреживания
и переработки твердых бытовых отходов, среди которых самыми
масштабными являются проблемы с отходами, образующимися в жилом
секторе в виду их сложного морфологического состава и распределенных
источников образования.
На данный момент в Республике Казахстан численность населения
составляет 17,207 млн. человек. По данным на каждого жителя образуется
около 60 тонн твердых бытовых отходов (ТБО) в год при этом объем бытовых
отходов увеличивается, а территориальные возможности для их захоронения –
уменьшаются [1].
Одной из самых сложных и ответственных задач, стоящих перед
муниципальными властями является санитарная очистка крупных городов от
твердых бытовых отходов жилого сектора. От своевременного вывоза и
безопасного обезвреживания отходов зависит безопасность проживания
населения и состояние окружающей среды.
Только в одном городе Алматы ежегодно образуется порядка 500 тысяч
тонн твердых бытовых отходов, и весь этот объем размещается на
санкционированных, несанкционированных
свалках, причина этого –отсутствие, как необходимой инфраструктуры, так и самих предприятий –
переработчиков. На сегодняшний день на территории города Алматы
захоронено около 3 миллионов тонн твердых бытовых отходов, и с каждым
днем эта цифра растет [2].
В Казахстане суммарные объемы ТБО ориентировочно около 15 млн. м3
в год, то есть около 1 м3 на одного жителя. Всего в Казахстане накоплено 3,2
млрд.твердых бытовых отходов. Основная доля этих отходов приходится на
крупные города, где их накопление составляет от 1,3 до 2,6 м3 на одного
жителя [1]. При этом на сегодняшний день в стране имеется 4587 полигонов,
из них 3927 полигонов не соответствует экологическим и санитарным
требованиям, и лишь 1 мусороперерабатывающий завод в городе Астана –
плачевная статистика.
Основным способом утилизации твердых коммунальных отходов в РК является их полигонное захоронение.
Конечно, на первый взгляд преимущества такого метода очевидны – относительная простота и низкие
затраты. Однако «выгоды» такой технологии – кажущиеся.
Территорий, подходящих для захоронения отходов вокруг крупных
городов становится все меньше. Отходы не сортируются, в связи с этим
количество бытовых отходов увеличивается по геометрической прогрессии,
тогда как количество естественно переработанных отходов медленно
нарастает, а то и вовсе не происходит. Существующие полигоны,
построенные десятки лет назад заполнены практически полностью. Поэтому,
в недалеком будущем крупным городам, мегаполисам и агломерационным

системам поселений

грозит «мусорный коллапс» с прогнозируемым

социальным взрывом.
Реформирование системы управления отходами, выбор оптимального
способа их утилизации является сложной многофакторной задачей. Ее
решение всегда основывается на внешних ограничениях, важнейшими из
которых в настоящее время являются, к сожалению, не экологические, а
финансовые факторы.
В результате реальное решение проблем безопасной и эффективной
утилизации отходов фактически перекладывается на будущие поколения.
Существующая система обращения с отходами в Казахстане ведет к
загрязнению окружающего воздуха, грунтовых вод, почвы и, как следствие, -
снижению качества жизни, не согласуется с принципами устойчивого
развития экономики и требует коренной модернизации.
Для качественного развития существующей системы обращения с
отходами требуется провести анализ имеющихся методов переработки
твердых бытовых отходов, выбрать наиболее предпочтительный из них в
качестве технологии для создаваемой автоматизированной системы
управления.

1.1 Обзор и анализ существующих методов переработки ТБО
В наше время, в век научного и технического развития, ученые
постоянно придумывают и внедряют на практике новые методы переработки
ТБО.
На сегодняшний день существует множество методов переработки, одни
направлены на полное уничтожение, другие на вторичное использование,
третьи являются комплексами из нескольких методов. Но для всех методов
важнейшей характеристикой служит экологичность. Другими словами
методика переработки ТБО не должна наносить вред окружающей среде либо
должна оказывать на нее минимальное воздействие.
Экономический аспект метода также играет немаловажную роль. Для
современного мира, построенного на рыночных отношениях, получение
выгоды является наиважнейшей целью. Поэтому, если тот или иной метод
будет в результате приносить экономическую выгоду, в конечном итоге он
окажется приоритетным.
Существует три больших класса методик переработки ТБО:
1) Захоронение отходов на полигонах. К нему относятся:
- сортировка ТБО;
- земляная засыпка.
2) Естественные методы разложения ТБО или компостирование.
3) Термическая переработка ТБО. Сюда относятся:
- сжигание;
- низкотемпературный пиролиз;
- высокотемпературный пиролиз.
Для выбора одного из методов в качестве технологии для создания
автоматизированной системы управления процесса переработки ТБО,
рассмотрим некоторые из них.

1.1.1 Захоронение твердых бытовых отходов на полигонах
Захоронение на полигонах сегодня является наиболее
распространенным в мире способом утилизации отходов. Данный метод
применяется к несгораемым отходам и к таким отходам, которые в процессе
горения выделяют токсичные вещества.
Полигон отходов (ТБО) не является обычной свалкой (см. рисунок 1.1).
Современные полигоны для утилизации — это сложные инженерные
сооружения, оснащенные системами борьбы с загрязнениями подземных вод
и атмосферного воздуха. На некоторых полигонах перерабатывается газ,
образующийся в процессе гниения отходов, в электроэнергию и тепло. К
сожалению, сегодня это в большей степени относится к европейским странам,
поскольку в Казахстане очень малый процент полигонов соответствует
данным характеристикам, в основном у нас имеют место санкционированные
и несанкционированные свалки.
Рисунок 1.1 – Захоронение ТБО на полигоне
Процесс разложения отходов на полигонах очень длителен, в связи с
этим чтобы переработать большое количество ТБО понадобится долгое время.
Период переработки некоторых отходов, например пластмассы, составляет
сотни лет. В связи с этим под полигоны отдаются большие территории,
которые в будущем становятся непригодными для других целей.
Главный минус традиционного захоронения отходов заключается в том,
что даже при использовании многочисленных систем очистки и фильтров этот
вид утилизации не дает возможности полностью избавиться от таких
негативных эффектов разложения отходов как гниение и ферментация,
которые загрязняют воздух и воду. Поэтому, хотя относительно других
способов утилизации, захоронение ТБО стоит достаточно дешево, экологи
рекомендуют перерабатывать отходы, сводя к минимуму тем самым риски
загрязнения окружающей среды.

1.1.2 Компостирование твердых бытовых отходов
Компостирование представляет собой технологию переработки отходов,
которая основана на их естественном биоразложении (см. рисунок 1.2). По
этой причине компостирование широко применяется для переработки отходов
имеющих органическое происхождение.
В нашей стране компостирование не получило достаточно широкого
распространения, и обычно оно применяется населением в индивидуальных
домах либо на садовых участках. Однако процесс компостирования также
может быть централизован и осуществляться на специальных площадках,
представляющих собой завод по переработке (ТБО) мусора органического
происхождения. Конечным продуктом данного процесса является компост,
которому можно найти различные применения в сельском хозяйстве.
Рисунок 1.2 – Участок компостирования ТБ
Главными минусами компостирования являются его строгая типизация
перерабатываемых отходов, лишь органическая часть может быть
переработана таким способом, и, также как и захоронение, компостирование
представляет собой довольно долгий процесс. Поэтому если применять
компостирование в комплексе с другим методом, например со сжиганием, оно
будет эффективно, как отдельный метод компостирование не оправдывает
себя.
Термическая переработка твердых бытовых отходов (сжигание)
Для переработки ТБО довольно часто применяют термические методы.
Термическая переработка мусора (ТБО) представляет собой совокупность
процессов теплового воздействия на отходы, необходимых для уменьшения
их объема и массы, обезвреживания, и получения энергоносителей и
инертных материалов (с возможностью утилизации). Технологическая схема
процесса сжигания ТБО представлена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Технологическая схема процесса сжигания ТБО

Из всего многообразия, которым могут похвастаться методы
переработки ТБО, наиболее распространено сжигание. Основными
преимуществами сжигания являются:
- высокий уровень апробированности технологий;
- серийно выпускаемое оборудование;
- продолжительный гарантийный срок эксплуатации;
- высокий уровень автоматизации.
Метод сжигания является относительно недорогим, в связи с большим
выбором выпускаемого оборудования, и эффективным, так как не требует
больших временных затрат, как например то же самое компостирование.
Основной тенденцией развития мусоросжигания является переход от
прямого сжигания отходов к оптимизированному сжиганию полученной из
ТБО топливной фракции и плавный переход от сжигания как процесса
ликвидации мусору к сжиганию как процессу, который обеспечивает
дополнительное получение электрической и тепловой энергии.
Наряду со многими достоинствами этот метод имеет свои минусы. Во-
первых, это выделение вредных выбросов, таких как оксиды азота, оксиды
углерода, хлористый водород, оксид серы и др. Во-вторых, при
некачественной сортировке либо при ее отсутствии, зола, остающаяся после
сжигания, содержит в себе опасные соединения, которые впоследствии
вывозятся на полигоны и заражают литосферу. Третий минус сжигания – это
необходимость предварительной подготовки ТБО, то есть их сортировка,
подсушка, измельчение.
В целом этот метод также не является совершенным, как и два
предыдущих.

1.1.4 Плазменная переработка твердых бытовых отходов
Плазменная переработка твердых бытовых отходов, по существу,
представляет собой не что иное как процедуру газификации ТБО или пиролиз
(см. рисунок 1.4). Технологическая схема данного способа предполагает собой
получение из биологической составляющей отходов газа с целью применения
его для получения пара и электроэнергии. Составной частью процесса
плазменной переработки являются твердые продукты в виде непиролизуемых
остатков или шлака.
Рисунок 1.4 – Печь-реактор, используемая для пиролиза ТБО
Пиролиз ТБО процесс термическог
разложения отходов,происходящий без доступа кислорода.
Процессы пиролиза могут протекать с разным температурным уровнем:
1) низкотемпературный пиролиз (при температуре 450-1000 °С):
- выход газа минимален, а количество твердого остатка, смол и
масел наоборот, максимально;
2) высокотемпературный пиролиз (при температуре свыше 1000 °С):
- выход газа при данном способе максимален, а выход смол
минимален.
Преимуществами пиролиза являются:
- эффективное обезвреживание отходов (полное уничтожение
патогенной микрофлоры);
- снижение объема отходов до 10 раз;
- использование энергетического потенциала органических отходов.
Явным преимуществом высокотемпературного пиролиза является то,
что данная методика дает возможность экологически чисто и относительно
просто с технической стороны перерабатывать и уничтожать самые различные
бытовые отходы без необходимости их предварительной подготовки, т.е.
сушки, сортировки и т.д. И само собой, использование данной методики
сегодня более выгодно с экономической точки зрения, чем применение
других, более устаревших методик.
К тому же, при использовании данной технологии получаемый на
выходе шлак является совершенно безопасным продуктом, и он может быть
использован впоследствии для самых различных целей.
Проанализировав методы переработки твердых бытовых отходов,
можно прийти к выводу, что пиролиз ТБО является наиболее безвредным и
экономически выгодным способом переработки ТБО, а также пригодным для
большинства видов ТБО, поэтому он будет использован в качестве технологии для разработки
автоматизированной системы управления процесса переработки ТБО.....