Оценка эффективности использования осадков сточных вод г. Минска в производстве цементного клинкера

25.02.2020, 00:01 | Новые статьи | Авторы: РОМАНОВСКИЙ Валентин Иванович, ГУРИНОВИЧ Анатолий Дмитриевич, БАХМАТ Андрей Борисович

УДК 628.114

Представлены результаты оценки экономической эффективности вложений инвестиций в технологию утилизации осадков сточных вод городских очистных сооружениий с получением альтернативного топлива, доставкой и использованием его в производстве цементного клинкера. В качестве альтернативных вариантов для сравнения рассмотрены: размещение осадков на иловых прудах, термофильное сбраживание, сжигание, высокотемпературная сушка с последующим сжиганием.

Ключевые слова: осадок сточных вод, использование, утилизация, вторичный материальный ресурс, ресурсосбережение, импортозамещение.

В настоящее время вовлечение в хозяйственный оборот отходов производства и потребления является одной из основных задач Беларуси, где основными принципами в области обращения с отходами являются:
- приоритетность использования отходов по отношению к их обезвреживанию;
- приоритетность обезвреживания отходов по отношению к их захоронению.

Одними из таких отходов являются осадки сточных вод городских очистных сооружений (далее ОСВ).

Осадки сточных вод - сложная многокомпонентная система, состоящая из органической и минеральной части. В них содержится большое количество патогенных микроорганизмов и токсичных соединений, включая ионы тяжелых металлов (Со, Cd, Cu, Cr, Ni, Pb, Zn и др.). Вместе с тем осадки сточных вод являются ценным сырьем, которое может быть использовано в производстве и сельском хозяйстве.

Традиционными (не считая предварительной обработки) методами обработки осадков сточных вод являются (в порядке приоритета):
- компостирование и использование в качестве органического удобрения;
- анаэробное сбраживание с получением биогаза;
- сжигание;
- захоронение.

Одним из перспективных направлений утилизации ОСВ следует рассматривать технологию производства альтернативного топлива из них и использованием его в производстве цементного клинкера. В этой связи была произведена оценка экономической эффективности вложений инвестиций в данную технологию на сооружениях очистки сточных вод г. Минска.

Идея полной утилизации ОСВ в г. Минске обусловлена постоянно растущими в последние годы объемами их захоронения. В Беларуси в пересчете на сухое вещество ежегодно образуется 180-197 тыс. т осадков сточных вод, из которых в народном хозяйстве используют 4-5%. В основном ОСВ складируют и хранят на иловых площадках, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду.

Ежедневно на сооружениях очистки сточных вод г. Минска образуется более 4000 м3/сут. сырого осадка, а после механического обезвоживания объем осадка (кека) составляет 700-750 т (при влажности 79-80%). Обезвоженный ОСВ вывозится на захоронение (временное складирование) на иловое хозяйство, расположенное в 26 км от города. Общий объем захороненных осадков уже составил более 5 млн. м3 и представляет значительную экологическую опасность для окружающей среды. В Европейском Союзе с 2013 года запрещено захоронение ОСВ. Вопрос дальнейшего захоронения ОСВ г. Минска представляет одну из острых нерешенных проблем т.к. объекты захоронения находятся на территории Минской области и занимают значительные площади.

Рассматриваемые варианты о предоставлении земельного участка для строительства новых прудов-накопителей и возможности захоронения ОСВ в бывшем карьере на территории Минской области было отклонено местными органами власти по причине значительной нагрузки на окружающую среду, расположения его в зоне поверхностного водосбора и частично в границах водоохраных зон, а также по причине расположения в санитарно-защитной зоне сибиреязвенного очага.

В ближайшие 2-3 года ОСВ должны будут вывозиться на последний построенный иловый пруд №17, вопрос дальнейшего размещения места захоронения осадков остается открытым.

Одной из основных проблем использования ОСВ г. Минска является наличие в них тяжелых металлов и других высокотоксичных соединений.

Методы исследования. Для обоснования выбора варианта направления использования осадков сточных вод был определен ряд технико-экономических показателей и показателей воздействия на окружающую среду. Анализ вариантов был произведен методом ранжирования с использованием весовых коэффициентов (коэффициентов значимости). По каждому критерию приведены средние значения результатов ранжирования, выполненных отдельными экспертами. В качестве экспертов выступали ученые и специалисты ведущих ВУЗов: БГТУ, БНТУ, БрГТУ и БелГУТ.

Результаты исследования. Сравнительный анализ эффективности технических решений по утилизации ОСВ г. Минска был проведен для двух альтернативных вариантов (таблица 1) по ряду экологических, технических и экономических показателей.

Вариант 1 - термофильное сбраживание с получением биогаза и последующим сжиганием сброженного осадка, предлагаемое фирмой STRABAG.

Вариант 2 - высокотемпературная сушка с последующим использованием осадка в производстве цемента фирмой Vomm.

Так, вариант строительства биогазовых установок на Минских очистных сооружениях, изначально принятый для проектирования, не обеспечивает соблюдение природоохранного законодательства Республики Беларусь, поскольку ставит целью только производство электроэнергии и не учитывает то обстоятельство, что биогаз в технологии анаэробного брожения является побочным продуктом, процессы анаэробного сбраживания относятся к обезвреживанию отхода и оправданы только при использовании сброженного осадка в качестве безопасного и высококачественного удобрения. Однако для такого дальнейшего использования имеется ограничение по содержанию ряда токсичных веществ.

Особую опасность представляет наличие в осадке Минских очистных сооружений солей тяжелых металлов, ядов, химикатов и прочих высокотоксичных соединений, т.к. данный факт практически полностью исключает возможность использования осадка в сельском хозяйстве. Помимо этого, в ОСВ почти повсеместно присутствуют гормонально-активные и эндокринно-активные вещества.

Результаты экспертной оценки и используемые показатели представлены в таблице 2.

С учетом вышеизложенного биогазовые установки в первую очередь должны представлять собой центр полной переработки органических отходов, обеспечивающие отсутствие затрат на дальнейшую переработку переброженной массы или ее утилизацию. Соответственно вариант 1 является экономически и экологически неэффективным и, главное, не решает проблему полной утилизации осадка.

В связи с вышеизложенным актуальным становится вопрос применения инновационных технологий со 100% утилизацией ОСВ. Таковой является технология термической суш!ки обезвоженного ОСВ с получением альтернативного топлива (Q=13-14 МДж/кг) и использованием его в цементном производстве, получившая широкое распространение в последние годы. При принятии решения по выбору технологии сушки решающим фактором является объем перерабатываемого осадка и его конечные характеристики, определяемые потребителем в лице цементной промышленности (влажность не более 10%). Данные обстоятельства не позволяют рассмотреть варианты использования конвейерных сушилок.

На актуальность принятия такого решения указывает и то обстоятельство, что отпадает необходимость в строительстве специальных печей и сложных систем газоочистки, которые уже имеются на предприятиях цементной промышленности и в мировой практике используются как печи «утилизаторы».

В настоящее время основным направлением переработки ОСВ является их полная утилизация. Из приведенных методов (рис. 1) для г. Минска предпочтительным является направление использования ОСВ в качестве альтернативного топлива в цементных печах.

Обсуждение результатов. При осуществлении проекта по строительству биогазового комплекса объем иловых осадков после процесса брожения уменьшается только на 7-10%.

Использование сброженного осадка Минских очистных сооружений в сельском хозяйстве невозможно по причине наличия токсичных соединений и тяжелых металлов, способных накапливаться в организме человека, оказывать вредное влияние даже в сравнительно небольших концентрациях (к числу тяжелых металлов относят хром (Сr), марганец (Мn), железо (Fе), кобальт (Со), никель (Ni), медь (Сu), цинк (Zn), галлий (Ga), германий (Ge), молибден (Мо), кадмий (Сd), олово (Sn), сурьму (Sb), теллур (Те), вольфрам (W), ртуть (Hg), таллий (Тl), свинец (Рb), висмут (Вi), всего более 40 элементов).

Экологически неблагоприятная обстановка в Беларуси усиливается еще и тем, что в результате Чернобыльской катастрофы возникла реальная угроза одновременного действия на организм человека радионуклидов, тяжелых металлов, пестицидов и других техногенных загрязнителей окружающей среды.

В процессе образования биогаза абсолютные количества тяжелых металлов не изменятся, по отношению к сточным водам и вследствие разложения органического вещества содержание тяжелых металлов увеличивается после брожения.

Для обеспечения утилизации таких осадков необходимо строительство завода по их сжиганию, что ведет к дополнительным капитальным затратам.

Для обеспечения бесперебойной устойчивой работы на мини-ТЭЦ и заводе по сжиганию осадка потребность в природном газе суммарно будет сопоставима с потребностями га! на сушку.

Общая стоимость реализации данных инвестиционных проектов составляет около 56-71 млн. евро.

Реализация экономически, экологически и социально выгодного, как для Республики Беларусь, так и для г. Минска, варианта сушки осадка с последующим использованием его в производстве цемента обусловлена следующим:
- решает основную задачу - полную безотходную утилизацию всего объема ОСВ г. Минска;
- позволяет рассмотреть вопрос рекультивации существующих иловых прудов;
- минеральная фракция, содержащаяся в осадках, является полезной технологической составляющей, заполняющей цемент, а поэтому не требует отдельной утилизации;
- осадки сточных вод, совместно сжигаемые в цементных печах, обладают не только свойствами альтернативного топлива, но и возобновляемого топлива, а поэтому являются нейтральным топливом в аспекте проблемы ограничения эмиссии углекислого газа.

Потребность в природном газе при использовании технологии VOMM составляет от 10,75 до 18,8 млн. м3/ год в зависимости от влажности иловых осадков.

Рассмотренная технология по полной утилизации осадков сточных вод в цементных печах, которая является наилучшей доступной технологией для Минских очистных сооружений, энерго- и ресурсо-эффективной, позволяет исключить захоронение осадков. Организация производства предусматривается на площадке Минских очистных сооружений. Экономические расчеты выполнены в евро. Использованные материалы и данные для разработки о ТЭО предоставлены компанией Vomm.

В таблице 3 приведены инвестиционные затраты по организации производства альтернативного топлива из ОСВ очистных сооружений г. Минска и использование его в производстве цементного клинкера в ОАО «Белорусский цементный завод» в разрезе статей:
- капитальные затраты с учетом налогов (на закупку оборудования, строительно-монтажные работы, разработка проектно-сметной документации) составят 25 240 тыс. евро;
- плата за кредиты, связанная с осуществлением инвестиционных затрат по проекту (проценты по кредитам, плата за гарантию банка, комиссии банков, страховой взнос по привлекаемому кредиту) составят ориентировочно 4 470,96 тыс. евро.

Суммарные инвестиционные затраты составят 29 710, 96 тыс. евро.

Источники финансирования капитальных затрат с НДС приведены в таблице 4.

Финансирование проектирования и строительства по проекту, объектов инженерной и транспортной инфраструктуры планируется:
- частично за счет средств иностранного кредита европейского банка, привлекаемого через отечественный банк;
- частично за счет средств местного бюджета в размере 4158 тыс. евро.

Кредит берется на часть суммы капитальных вложений - на 20 842 тыс. евро, что составляет 82,58% всех капитальных затрат.

Ежегодная ставка процентов по кредиту рассчитывается на уровне 3% годовых. Погашение основного долга по кредитным ресурсам и части процентов (50% от ставки по кредиту) будет производиться ежемесячно равными платежами до 2021 года за счет собственных средств создаваемого предприятия, производителя альтернативного топлива.

Ежегодная ставка процентов по кредиту рассчитывается на уровне 3% годовых. Погашение основного долга по кредитным ресурсам и части процентов (50% от ставки по кредиту) будет производиться ежемесячно равными платежами до 2021 г. за счет собственных средств создаваемого предприятия, производителя альтернативного топлива.

Государственная поддержка данного инвестиционного проекта предоставляется в виде:
- возмещения за счет местного бюджета части процентов и прочих издержек за пользование внешним кредитом европейского банка в размере 50% от годовой процентной ставки. Оставшаяся часть процентных платежей и прочих финансовых издержек предприятию по привлекаемому кредиту будет оплачиваться за счет собственных средств организации, получаемых от хозяйственной деятельности;
- освобождения от уплаты НДС и таможенных пошлин по приобретаемому за рубежом технологическому оборудованию, предназначенному для реализации данного инвестиционного проекта.

Из местного (городского) бюджета планируется привлечь средства на погашение издержек и процентов по кредиту в сумме 1 714,43 тыс. евро. Помимо этого, планируется привлечение части средств Мингорисполкома в размере 16,47% от общей суммы необходимых капитальных затрат, что в эквиваленте составляет порядка 4 158 тыс. евро.

Анализ потока денежных средств, формируемого с учетом финансирования проекта из намеченных выше источников и на принятых условиях, показывает, что вновь созданное юридически самостоятельное предприятие по производству альтернативного топлива из ОСВ в период реализации данного инвестиционного проекта «Организация производства альтернативного топлива из осадков сточных вод очистных сооружений г. Минска и использование его в производстве цементного клинкера в ОАО «Белорусский цементный завод» будет работать рентабельно.

В соответствии с выполненными расчетами, остаток денежных средств имеет положительное значение, и к концу 2025 г. составит 20 142 706 евро. Проведенные расчеты показывают, что по всем годам реализации проекта организация будет иметь положительный поток денежных средств, что свидетельствует о финансовой реализуемости проекта.

Из полученных расчетных значений показателей экономической эффективности проекта следует, что:
- чистый дисконтированный доход (ЧДД) в 2026 г. достигнет положительной величины «+3 394,93» тыс. евро;
- срок окупаемости инвестиций составит:
- 8 лет и 12 месяцев;
- динамический - 10 лет и 9 меся! цев;
- внутренняя норма доходности (ВНД), или предельная эффективность капиталовложений, будет находиться в пределах 7,4%;
- индекс рентабельности проекта (ИД) будет иметь значение 1,13, что больше единицы, следовательно, проект по данному критерию является экономически эффективным.

В расчетах отпускная цена реализации альтернативного топлива цементным заводам была принята в размере 35 евро за 1 т (по состоянию на 01.10.2014 г.). Исходя из теплотворной способности в пересчете на 1 тонну условного топлива цена 1 тонны условного топлива из осадков сточных вод, реализуемой ОАО «Белорусский цементный завод», принимается равной 65,35 евро. Для сравнения, стоимость 1 тонны условного топлива каменного угля составляет 75,3 евро (по состоянию на 01.10.2014 г.).

Стоимость производства 1 тонны альтернативного топлива из ОСВ составляет 189,06 евро («инвестиционная составляющая» и амортизационные отчисления в стоимости равняются 154,06 евро). Часть стоимости производства альтернативного топлива (включая амортизационные отчисления, инвестиционную «составляющую») планируется компенсировать Минским городским исполнительным комитетом КУП «Минскводоканал» путем включения «инвестиционной составляющей» в тариф по очистке сточных вод для потребителя. С учетом включения «инвестиционной составляющей» экономически обоснованный тариф по очистке 1 м3 сточных вод для потребителя может увеличиться на 0,037 евро. Данная величина была определена, исходя из планируемого годового объема производимого альтернативного топлива и суточного объема перерабатываемых КУП «Минскводоканал» сточных вод в размере 700 000 м3.

Экономически обоснованный тариф для потребителя за 1 м3 очистки сточных вод составлял 3 600 руб. /м3 (по состоянию на 01.10.2014 г.), т.е. рост тарифов за счет включения «инвестиционной составляющей» в тариф составил бы в среднем порядка 13,79%. Согласно предложению рабочей группы по изучению проблемных вопросов ЖКХ планируется, что начиная с 2017 года население будет оплачивать 100% фактических затрат на услуги водоснабжения и канализации в Республике Беларусь.

Следует отметить, что данный инвестиционный проект по организации топлива из осадков сточных вод, направлен в первую очередь не на максимизацию прибыли инвестора, а на получение социальных и экологических эффектов. Актуальность данного инновационного проекта по производству альтернативного топлива из ОСВ состоит:
- в отсутствии необходимости КУП «Минскводоканал» осуществлять захоронение высушенного осадка;
- в решении проблемы рекультивации иловых прудов;
- в решении проблемы полной утилизации ОСВ;
- во влечении в топливный баланс печных агрегатов цементных заводов возобновляемых местных видов топлива (в т.ч. альтернативного топлива на основе высушенных ОСВ);
- в создании 12 дополнительных рабочих мест по производству альтернативного топлива,
- в выполнении задач, стоящих в настоящее время перед цементными заводами о переходе на местные виды топлива. Использование в качестве условного топлива вместо каменного угля альтернативного топлива из осушенных осадков позволит снизить себестоимость производимого цемента в ОАО «Белорусский цементный завод» на 1,5%, снижение (по состоянию на 01.10.2014 г.).

Проведенный анализ финансовой реализации инвестиционного проекта позволяют сделать вывод об осуществимости проекта и его экономической, социальной и экологической целесообразности проведения. Планируется, что после завершения ввода в эксплуатацию технологического оборудования эксплуатирующая организация будет зарегистрирована как отдельное юридическое лицо. Завершенный объект будет самостоятельно нести ответственность перед кредиторами (в том числе по долговым обязательствам и выплатам процентов).

Инвестиционный проект по организации производства альтернативного топлива из осадков сточных вод очистных сооружений г. Минска является финансово реализуемым только в случае привлечения иностранного кредита зарубежного банка и при оказании государственных гарантий со стороны местного бюджета в виде возмещения части процентов (50% кредитной ставки) за пользование внешним кредитом и предоставления части бюджетных средств для реализации данного проекта в размере 4,158 млн. евро.

Заключение

Для полной утилизации осадков сточных вод с Минских очистных сооружений необходимо строительство технологической линии по сушке осадков с последующим использованием их в производстве альтернативного топлива для цементной промышленности. Этот вариант позволит решить ключевую задачу, согласно требованиям главы 11 Стратегии развития инженерной инфраструктуры Указа Президента Республики Беларусь от 23.04.2003 №165 «Об утверждении генерального плана г. Минска с прилегающими территориями и некоторых вопросах его реализации» - обеспечить полную безотходную утилизацию всего объема осадка сточных вод.

Выполненные расчеты показали, что при использовании при производстве 123 000 т цемента марки 500 ДО в ОАО «Белорусский цементный завод» альтернативного топлива из высушенных осадков сточных вод в течение года замещается порядка 15 283,98 т каменного угля.

По результатам экспертизы технико-экономического обоснования получены положительные заключения двух ведущих региональных технических вузов, специализирующихся на решении водохозяйственных проблем. По мнению специалистов ведущих технических вузов БГТУ, БНТУ, БрГТУ и БелГУТ, осадки сточных вод, совместно сжигаемые в цементных печах, обладают не только свойствами альтернативного топлива, но и возобновляемого топлива, а поэтому являются нейтральным топливом в аспекте проблемы ограничения эмиссии углекислого газа.

Рассчитанные показатели характеризуют инвестиционный проект как экономически эффективный и финансово реализуемый и подтверждают его экономическую и социальную, экологическую целесообразность при запланированных условиях его реализации (оказании мер государственной поддержки, включения «инвестиционной составляющей» в тариф по очистке сточных вод). Реализация данного инвестиционного проекта позволит КУП «Минскводоканал» и Мингорисполкому съэкономить порядка 1,191 млн. евро (по состоянию на 01.10.2014 г.) на строительство дополнительного нового пруда для хранения ОСВ (место захоронения полностью заполняется осадком сточных вод в течение 2-3 лет).

Данный инвестиционный проект целесообразно реализовать, используя механизм государственно-частного партнерства. В рамках соглашения о государственно-частном партнерстве Минский горисполком может договориться с частным инвестором о взаимовыгодных условиях по проектированию, строительству, эксплуатации, сроках, объемах, источниках возврата инвестиций, обеспечении обязательств для реализации данного инфраструктурного проекта. В качестве инвестора, наряду с Мингорисполкомом, может выступить компания Vоmm или другая специализированная компания, выбранная по результатам конкурса, которая сможет привлечь заемные средства (например, кредитные средства иностранного банка) для реализации инвестиционного проекта, но только в том случае, если будет компенсация выпадающих доходов за счет дополнительных платежей из местного бюджета посредством включения «инвестиционной составляющей» в тариф по очистке сточных вод.

Проблему коммунальных осадков сточных вод г. Минска необходимо решать безотходным способом при сотрудничестве территориальных органов самоуправления и специализированных фирм.

Evaluating the effectiveness of sewage sludge formed in Minsk in cement clinker production

The results of justification the costeffectiveness of investing in technology utilization of sewage sludge formed on municipal wastewater treatment plants with the organization of production of alternative fuels from them, delivery and use it in the production of cement clinker. As alternative variants examined for comparison: placement of sewage sludge on the sludge beds, thermophilic fermentation, incineration, hightemperature drying followed by combustion.

Keywords: sewage sludge, use, secondary raw material, resource conservation, import substitution.

Hurynovich Anatoli Dmitrievich, Professor, Doctor of Engineering, Department of Construction Economics, Belarusian National Technical University, Minsk, Republic of Belarus.

Ramanouski Valiantsin Ivanavich, Ph.D. (Engineering), assistant professor, Department of Construction Economics, Belarusian National Technical University, Minsk, Republic of Belarus.

Bakhmat Andrei Borisovich, senior lecturer, Department of Construction Economics, Belarusian National Technical University, Minsk, Republic of Belarus.

Belarusian National Technical University, 65, Nezavisimosti Prospect, Minsk, 220013, Republic of Belarus, e!mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Tel.: +37529651377

Журнал «Вода Magazine», №6 (94), 2015 г.