Сепараторы, роботы и прессы — как работают современные мусоросортировочные заводы

Мусорный кризис — одна из самых острых экологических проблем в нашей стране. При этом постепенно появляются решения для изменения ситуации: создается инфраструктура для массовой сортировки отходов, реализуются проекты по осознанному потреблению, а в систему обращения с ТКО внедряются современные мусоросортировочные и перерабатывающие заводы. О том, как устроены современные мусоросортировочные комплексы, рассказал Recyclemag Александр Неволин, СЕО компании Nevlabs (резидента «Сколково») — разработчика оборудования для автоматизированной сортировки ТКО на базе искусственного интеллекта.

В 2019 году началась реализация новых правил утилизации отходов, согласно которым российские регионы должны разработать территориальные схемы обращения с отходами, в том числе сделать сортировку обязательным этапом в цепочке утилизации ТКО. Всего в России на сегодняшний день функционирует около 200 мусоросортировочных заводов, а к 2030 году их количество планируется увеличить до 800.

Основная задача подобных комплексов — это извлечь из общего потока те фракции, которые в дальнейшем можно переработать. Например, пластиковые ПЭТ-бутылки, алюминий, стекло и др. Качество такого сырья сильно уступает тем отходам, которые были отсортированы населением вручную. Однако общая доля полезных фракций, которые были извлечены на мусоросортирующих заводах, колеблется в районе 20% - это намного лучше, чем ничего. 

Большинство россиян пока не сортирует мусор, поэтому регионы активно работают над тем, чтобы все больше отходов проходили через промышленную сортировку.

От мусорного пакета до вторсырья. Как сортируется мусор 

Подготовка

Приехав на сортировочный комплекс, мусоровоз проходит через контрольно-пропускной пункт — здесь машину взвешивают и проверяют на уровень радиации. Затем отходы выгружают на приемную площадку, откуда они попадают на конвейер.

В самом начале отбираются крупногабаритные фракции, которые могут повредить оборудование, — это строительный мусор, мебель, техника, а также спортивный инвентарь, текстиль и др. Общая масса отходов поступает на разрыватель пакетов, где она разрыхляется и равномерно подается на следующий этап сортировки.

Основная часть: выделение основных фракций

На основной ленте сырье разделяется по фракциям — пластик, макулатура, металл и органические отходы.

С подающего конвейера отходы сперва попадают на роторный сепаратор, или грохот. Он удаляет камни, землю, песок, органику и прочие мелкие фракции (до 7 см) из общего потока, что повышает качество отбора полезного вторсырья. Пищевые отходы отсеивают и превращают в компост.

После отходы проходят через магнитный и вихретоковый сепараторы — первый предназначен для извлечения черных металлов, а второй — для цветных.

Пластиковые бутылки, пленки, бумага, отделяются пневматическими сортировщиками. Они работают следующим образом: сперва несортированный поток проходит через модуль распознавания отходов, который установлен над лентой. Когда интересующая нас фракция оказывается на конце конвейера, она отстреливается сжатым воздухом в отдельный бункер. 

Остальные отходы падают на следующую ленту, где сортируется другой вид. Подобные сортировщики очень производительные — скорость конвейера может достигать до 6 м/с, а всего за час сортируется до 15 тонн отходов.

Схема работы пневматического сортировщика. Фото: Nevlabs

Традиционно в подобных установках в качестве модуля распознавания используется гиперспектральная камера — она рассматривает отходы в инфракрасном диапазоне и с помощью специальных датчиков улавливает отраженный от них спектр — у каждой фракции он свой.

Однако у таких сортировщиков есть некоторые погрешности в работе, например, они могут отбирать подгузники вместе с пластиковыми бутылками. Это происходит из-за того, что в состав подгузников входят ПЭТ-волокна, из-за чего гиперспектральная камера принимает их за пластиковые бутылки. Также оптические сортировщики достаточно дорогие в установке и обслуживании — подобный зарубежный сепаратор может стоить около 20 млн рублей, а для его работы нужно создать специальные условия.

Относительно новое направление в промышленной сортировке — это применение искусственного интеллекта и технологии компьютерного зрения вместо спектрального анализа. Благодаря отказу от гиперспектральной камеры и использованию вместо неё нейронных сетей, удается кардинально снизить цену на сортировщики, не потеряв при этом в качестве. 

Также сортировочные установки на основе искусственного интеллекта менее прихотливы к внешним условиям. Например, спектральный анализ требует применения галогенных ламп и мощных охладителей воздуха, общее потребление которых составляет несколько киловатт. Для нейронной сети достаточно двух светодиодных светильников общей мощностью 80 Вт и никакого охлаждения.

Контроль качества и брикетирование

Также одним из новых направлений в автоматизации промышленной сортировки стало использование роботов. Сегодня они применяются либо на контроле качества после пневматических сортировщиков, либо при сортировке раздельно собранных отходов. 

Если пневматические сортировщики с отстрелом сжатым воздухом отличаются своей производительностью, то роботы могут похвастаться точностью — один робот может отбирать до 4 типов отходов одновременно, при этом среди них будет не более 2% примесей.

На последнем этапе отходы прессуются в брикеты — это позволяет уменьшить площадь хранения отходов и сократить затраты на их транспортировку.

Вторсырье, которое отправится на переработку, упаковывается в брикеты по типу материала и цвету: прозрачные пластиковые бутылки, зеленые бутылки, алюминиевые банки и др.

Брикетированное вторсырье, которое отправится на переработку. Фото: Centralpark.ru

Мусор, непригодный для переработки, дополнительно упаковывается в герметичную оболочку, а после чего отправляется на полигон. В такой упаковке исключается доступ воздуха, поэтому в ней отходы не издают запах, становятся пожаробезопасными и могут храниться более 30 лет даже при высоких температурах.

Мусоросортировочная отрасль в ближайшие десять лет

По словам главы Российского Экологического Оператора (публично-правовая компания, которая занимается реализацией нацпроекта «Экология» в сфере обращения ТКО), в год сортировку проходит около 20 млн тонн отходов из 60 млн тонн. И если мощностей по обработке отходов создано достаточно, то по утилизации — только 5-6% от необходимого объема.

Несмотря на это, планируется, что к 2030 году 100% всех коммунальных отходов России будет отправляться на сортировку, а половина из них — перерабатываться. Чтобы реализовать столь масштабную цель, новые мусорообрабатывающие комплексы оснащаются технологиями, которые делают процесс сортировки более дешевым, эффективным и безопасным по сравнению с ручной работой. 

Так, в 2019 году в Белгородской области был открыт первый полностью автоматизированный мусоросортировочный завод, где предусмотрено всего 25 рабочих мест — только для контроля работы сортировочных машин.

Пока полностью автоматизированные комплексы — это больше исключение, нежели правило. В основном в России используется смешанный подход: несколько человек требуется на извлечение крупногабаритных фракций, так как пока их сложно доставать из общего потока отходов автоматизированно, еще 1-2 человека необходимы для контроля качества. Однако общую массу отходов, к счастью, можно сортировать автоматически.

Фото: Nevlabs, Centralpark.ru