1. Стадия определения целей и области исследования;

2. стадия инвентаризационного анализа;

3. стадия оценки воздействия;

4. стадия интерпретации.

Согласно ИСО, инвентаризационный анализ должен включать все существующие затраты и выгоды системы и анализ чувствительности должен фокусироваться на наиболее существенных вопросах для определения влияния изменений в исходных данных, методах и сведений.

1.1 Определение цели и области исследования

Границы исследуемых систем находятся в пределах использования размещаемых материалов, энергии, связанной со сбором и транспортировкой пищевых отходов в соответствующей технологии. Тем не менее, различные технологии сбора могут оказывать влияние на ОС, которое может относится к различным стадиям переработки. В целях устранения этих различий дальнейшее анаэробное сбраживание пищевых отходов, а также переработка осадков от предподготовки отсортированных отходов и процесс брожения принимаются во внимание в данном исследовании. Т.о, целью исследования является изучение воздействия на ОС, связанное не только с побочными выбросами (к примеру от производства материалов, необходимых для сбора и перевозки органической части пищевых отходов), но и с непосредственными выбросами, такими как выбросы при сжигании топлива при движении мусоросборочных машин. Также процессы сбросов, или компенсационные системы (Gentil et al., 2009), которые должны быть рассмотрены с учетом, что они имеют отношение к системе воздействий на ОС, оказываемое рассматриваемыми технологиями. Объектом исследования является сбор, транспортировка и обработка 1 т отсортированных на месте образования влажных пищевых отходов (см. таб. 1).

Таблица 1 – Характеристика пищевых отходов

Компонент	Содержание
Сухой остаток	35%
Летучие вещества, %	80%
N	26,9
P	2,1
K	8,3
C	416
Потери при анаэробном сбраживании, % от содержания летучих веществ	77%
Производство CH4 (м3/т пищевых отходов)	100
Количество пищевых отходов в год на домохозяйство	100 кг

2 Описание сравниваемых систем

1. Инвентаризационный анализ

Сравниваемые системы в настоящем исследовании были выбраны на основе опроса среди муниципалитеов Швеции (Swedish Waste Management Association, 2009a,b,c) для того, чтобы охватить современные наиболее часто применяемые технологии раздельного сбора бытовых пищевых отходов. Корме того, технологии, которые еще не полностью введены в эксплуатацию, также подверглись сравнению (см. рис. 1). Основные исходные данные представлены в таблице 2.

Рисунок 1 – Графическое представление сравниваемых технологий сбора и переработки пищевых отходов

Таблица 2 – Основные исходные данные (на тонну раздельно собранных влажных пищевых отходов)

Процесс	Единица измерения	A	В	С	D
Использование бумажных мешков	кг/т отходов	7.5	7.5	-	-
Использование пластиковых контейнеров	кг/т отходов	0.3 ПНД (полиэтилен низкого давления)	0.3 ПНД (полиэтилен низкого давления)	-	-
Потребление энергии до сбора	кВт/т отходов	9.7a	360.7 (сушка)	0.2 (измельчение и вакуумная транспортировка)	100.2 (измельчение и вакуумная транспортировка)
Снижение массы отходов до сбора	% (массовый)	20%	75%	-	-
Потеря вещества при сборе и предподготовке	% (массовый)	27%	-	10%	-
Сбор/Транспортирование	кВт/т отходов	23.3	5.8	34.	13.9
Производство биогаза	кВт/т отходов (электричества)	6.3	8.4	7.6	8.4
Производство биогаза	кВт/т отходов (тепла)	19.4	23.4	23.4	26.0
Замещенное топливо	МДж диз. топлива/ т отходов	2435	3398	2647	3268
Поглощение углерода	кг C/ т отходов	2-8	3.7	3.3	3.7
Не учитывалось	–	Производство мусорных баков. Сжигание отходов	Сушка	Отстойник + производство системы трубопроводов	Производство мусорных баков

Технология А

Производится раздельный сбор пищевых отходов в бумажные пакеты, которые затем помещаются в перфорированные пластиковые резервуары, размещаемые в специальных отделениях мусоровозных машин. Воздействие на ОС, оказываемое производством мусорных баков и их мытье (2 раза в год), не учитывается. Более ранние исследования показали, что сбор пищевых отходов в бумажные пакеты ведет к снижению их массы на 14–27 % (Bernstad, 2010 and Swedish Waste Management Association, 2010 respectively). Механическую обработку необходимо проводить до помещения отходов в пакеты, т.к. это сказывается на анаэробном сбраживании. Данные о потреблении энергии, потерях биоразлагаемых материалов и энергетической ценности отходов Truedsson (2010) основаны на более ранних исследованиях, предполагается, что в отходах содержится до 30 % потенциального метана и азотистых соединений. Отходы сжигаются с 85 % регенерацией энергии, заменяя тем самым производство электроэнергии на 20,5 % и тепловой энергии на 88,7 %. Данные о процессах горения предоставлены разработчиком (Sysav, 2010).

Технология В

Технология В схожа с А, но в отличии от А пищевые отходы доставляются на установки низкотемпературные установки сушки пищевых отходов (18–25ºС, в зависимости от температуры ОС). При данном подходе не изменяется энергетическая и питательная ценность отходов (Waste Re.nery, 2010). Данные о потребностях в энергии для сушки основаны на экспериментальных исследованиях (Swedish Waste Management Association, 2009a,b,c). Высушенные пищевые отходы выгружаются и транспортируются для анаэробного сбраживания без предварительной обработки. Т.к. не происходит дополнительного вноса бумажных пакетов в процессе предподготовки, то считается, что они не вносят свой вклад в производство биогаза. Энергия и ресурсы, необходимые для строительства сушилки в ОЖЦ не включены.

Технология С

Технология заключается в измельчении пищевых отходов устройствами, встроенными в кухонные раковины, которые связаны с системой трубопроводов, отделенных от общей системы канализации. Измельченные пищевые отходы требуют установки резервуара (отстойника), разделенного на 3 секции. Наличие плавающей фракции ведет к необходимости устройства очистных сооружений, уплотненные отходы (шламы) собираются автоцистернами и вывозятся для анаэробного сбраживания. Информация об энергопотреблении измельчителей и воздействие на ОС от производства измельчителей предоставлена производителем (Annerhall (2010), Lundie and Peters (2005). Гарантийный срок службы составляет 15 лет. Потери органических и питательных веществ в резервуарах могут оказывать влияние могут оказывать влияние на очистку сточных вод на станциях водоочистки. Эффективность очистных сооружений будет в значительной степени зависеть от выбора технологии очистки сточных вод. Повышение органической нагрузки на очистные сооружения может увеличить потребность в энергии, но также может снизить потребность в дополнительных источниках углерода (Bolzonella et al., 2003). Увеличение концентрации азота и фосфора в поступающих сточных водах может привести к более оптимальному соотношению между углеродом и азотом и интенсификации процесса удаления азота, также как и снижение потребности в солях железа для удаления фосфора было заявлено как результат включения измельченных пищевых отходов в систему канализации (Bolzonella et al., 2003). Т.о. в настоящее время эффективность использования измельчителей пищевых отходов находится на стадии исследования. Как предполагается, потери азота и органического вещества в резервуарах (отстойниках) являются относительно низкими. Предполагается, что 10% биоразлагаемых веществ (азот, фосфор, калий) теряется в системе отстойников. Эффективность удаления БПК, азота, фосфора и калия в очистных сооружениях равно соответственно 95, 70, 95 и 0%, не удаленные соединения сбрасываются в природные водоемы (моря) (Sjцlunda, 2009).

Технология D

Пищевые отходы отводятся с кухонных раковин при помощи вакуумных насосов к системе централизованных измельчителей для нескольких домов. Данные об энергозатратах на транспортировку и измельчение основаны на информации разработчиков и испытаниях на действующих объектах (Khilstrоm, 2010; Swedish Waste Management Association, 2007). Полученные шламы размещаются в заглубленных резервуарах до тех пор, пока их не заберут автотранспортом и не перевезут для дальнейшей анаэробной переработки. Предполагается, что потерь питательных веществ и углерода при использовании данной технологии нет.

Косвенный подход, принятый в исследовании означает, что незначительные изменения принимаются во внимание. Анализ энергетических систем может быть выполнен в качестве средства уменьшения неопределенности при выборе наиболее подходящего несущественного процесса, подвергающегося исследованию, но энергетический анализ не включен в рамки ОЖЦ. Это допущение означает, что в виде топлива используется природный газ (для производства тепло- и электроэнергии) (Mathiesen et al., 2009). Расстояние, на которое перевозятся пищевые отходы принято равным 20 км. Одинаковое количество выбросов от сжигания топлива принимается для всех технологий. Кроме того, учитывается воздействие на ОС, оказываемое производством топлива. Энергия и ресурсы, необходимые для создания, эксплуатации и вывода из эксплуатации капитальных строений и техники, а также транспорта не включены в ОЖЦ. Использование и производство электроэнергии в исследуемых технологиях соответствует производству и сжиганию природного газа на комбинированных предприятиях по производству электро- и тепловой энергии. Полученный биогаз используется для производства топлива для автомобилей. Топливо предполагается использовать в качество горючего для легковых автомобилей на замену природного газа, основываясь на энергоемкости (1 МДж бензина = 1 МДж метана) (Grоna Bilister, 2009). Косвенные затраты энергии могут быть пересчитаны как первичная энергия и тем самым просуммированы с прямым использованием энергии (Berglund and Bцjesson, 2003). Использование первичной энергии для производства 1 МДж электроэнергии принимается равным 2,2 МДж (для электроэнергии, производимой из природного газа). Предполагается, что теоретический расход энергии на транспорт превышает в 1,2 раза фактический расход топлива. Пересчет для утилизации энергии и использованию альтернативных источников энергии не осуществляется. Выбросы сельскохозяйственных угодий при процессах брожения и использования удобрений, принятые в данном исследовании представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Выбросы сельскохозяйственных угодий от брожения и применения химических удобрений, принимаемые в данном исследовании

Брожение
Выбросы СН4 при хранении	10 % от остаточной концентрации CH4
Выбросы NН3 при хранении	7 % от содержания N
Выбросы NH3 при с/х работах	5 % от содержания NH3
Выбросы NО-3 при с/х работах	2 % от содержания N
Косвенные выбросы N2O при с/х работах	1 % от испарения NH3
Прямые выбросы N2O при с/х работах	1 % от содержания N
Фактор связывания углерода	0,082
Удобрения
Выбросы NH3 при с/х работах	1 % от содержания NH3
Выбросы NО-3 при с/х работах	1,8 % от содержания N
Косвенные выбросы N2O при с/х работах	1 % от испарения NH3
Прямые выбросы N2O при с/х работах	1 % от содержания N