Управление отходами. Сбор транспортирование прессование сортировка

–корректировать режим движения автосостава на маршрутах с учетом изменения условий перевозок;

–проводить анализ выполнения операций перевозочного процесса для последующей разработки рационального плана на базе имеющейся статистики.

2.6. Альтернативные варианты организации транспортирования ТБО

Помимо автомобильного транспорта принципиально возможна организация вывоза отходов речным и железнодорожным транспортом.

Приведенный ниже пример расчета затрат на вывоз отходов основан на усредненных показателях стоимости транспортировки грузов речным и железнодорожным транспортом, которые включают как перевозку грузов, так и их погрузку-разгрузку.

График зависимости затрат на вывоз речным транспортом от расстояния представлен на рис. 43. В данном случае затраты рассматриваются с учетом следующих условий: грузоподъемность судна – 200 т, ставки указаны судовой отправкой, при сборной отправке ставка увеличивается на 20 %, при мелкой – на 50 %.

(3–6 руб./(км·т) в зависимости от типа транспорта), и сравнимы с затратами на железнодорожные перевозки (1–4 руб./(км·т).

График удельных затрат на вывоз основными видами транспорта представлен на рис. 44.

81

Рис. 44. График удельных затрат на вывоз основными видами транспорта

Базовое сравнение видов транспортировки грузов представлено в табл. 8.

82

3. ДВУХЭТАПНЫЙ ВЫВОЗ ТБО. МУСОРОПЕРЕГРУЗОЧНЫЕ СТАНЦИИ

3.1. Организация двухэтапного вывоза ТБО

Анализ тенденций развития систем обращения с ТБО в нашей стране позволяет сделать вывод о том, что уже в среднесрочной перспективе следует ожидать (как это уже произошло в развитых европейских странах) централизации и укрупнения объектов инфраструктуры обращения с отходами (закрытие мелких полигонов и ликвидация санкционированных свалок захоронения отходов с сооружением крупных современных межмуниципальных полигонов

снеобходимой инфраструктурой, укрупнение МПК, МСК и объектов по утилизации отходов).

Уже в настоящее время среднее по России расстояние вывоза ТБО составляет 20 км, однако в некоторых крупных городах с населением свыше 500 тыс. жителей оно возрастает до 45 км и более. По данным обследования городов РФ [39–42], около 45 % всех ТБО транспортируются на расстояние 10–15 км, 40 % – на 15–20 км, а 15 % всех отходов – более чем на 20 км. Дальность вывоза ежегодно возрастает, в среднем на 1,5 км, а себестоимость транспортировки, соответственно, на 15–20 %.

Сравнительный анализ экологической и экономической эффективности прямой и двухэтапной систем удаления ТБО позволяет сделать вывод о том, что при прочих равных условиях прямой вывоз отходов эффективен в экономическом отношении при малой удаленности мест последующего после сбора отходов обращения с ними, но обладает большим числом недостатков: увеличением числа транспортных средств и, соответственно, транспортных расходов; перегрузкой улично-дорожной сети населенных мест; увеличением порожних пробегов мусоровозов; большими внутрисменными простоями; большей суммарной эмиссией загрязняющих веществ в атмосферный воздух за счет большего расхода топлива на один т/км; невозможностью использования высокопроизводительной уплотнительной техники для уменьшения объемов транспортируемых отходов.

Практика свидетельствует, что эффективный радиус вывоза отходов по одноэтапной системе (прямой вывоз) составляет 15–25 км. В случаях дальности транспортировки выше указанной величины требуется организация двухэтапной системы вывоза с применением мусороперегрузочных станций (МПС). Двухэтапная система с применением МПС и ПСО при большой удаленности мест образования и сбора отходов от мест длительного обращения

сними более эффективна в экономическом и экологическом отношениях

[33, 39–44].

83

Использование МПС позволяет получить следующие преимущества:

–уменьшить количество собирающих мусоровозов;

–сократить выбросы в атмосферный воздух от мусоровозного транспорта;

–снизить временные затраты на сбор и вывоз отходов;

–снизить эксплуатационные затраты на ГСМ, обслуживание и ремонт парка мусоровозов;

–укрупнить объекты переработки;

–накапливать транспортные партии вторичного сырья и компостных фракций на МПС;

–производить первичную обработку отходов (прессование, тюкование, отбор крупногабаритных отходов);

–способствовать улучшению выполнения технологических процессов на полигонах захоронения ТБО.

Эти преимущества в конечном итоге приводят к снижению затрат на сбор

ивывоз отходов.

Применение МПС позволяет оптимизировать обращение с отходами путем укрупнения и сокращения количества объектов по обращению с отходами, в частности полигонов для их захоронения, увеличения мощности МСК, МПК, объектов утилизации отходов, сокращения интенсивности движения мусоровозной техники на улично-дорожной сети внутри поселений и по внегородским транспортным магистралям, улучшения технико-экономических и экологических показателей всей системы обращения с отходами в пределах населенного пункта и, в конечном итоге, снизить экологическую нагрузку на объекты окружающей среды и население.

Проведенные нами обследования систем вывоза ТБО в ряде крупных городов Австрии (Вена), Германии (Ганновер), Нидерландов (Амстердам), Дании (Копенгаген), средних и небольших городов Финляндии (Иёнсу) и Германии (Висбаден) в ходе выполнения совместных Европейских проектов Tempus Tasis показали, что наиболее часто применяется система использования мусоровозов малой и реже – средней грузоподъемности и вместимости с доставкой отходов на МПС или ПСО, где они перегружаются после частичной сортировки в большегрузные транспортные мусоровозы или иные транспортные средства с уплотнением непосредственно в кузовах этих транспортных средств или в сменных кузовах. Часть МПС используют прессовое оборудование на самой станции, что позволяет тюковать отходы до плотности 1,0–1,2 т/м3 с уменьшением объема до 4–5 раз. В таких странах, как Англия, Германия, Нидерланды, Япония и США, после МПС для удаления отходов наряду с автомобильным транспортом достаточно широко (при значительной удаленности мест дальнейшего обращения с отходами) применяется железнодорожный и водный, значительно реже – трубопроводный транспорт. Эффек-

84

тивность использования таких альтернативных автомобильному видов транспорта обеспечивается путем создания необходимой инфраструктуры – специальных железнодорожных вагонов, барж, припортовых и прирельсовых терминалов, дополнительных погрузочных, перегрузочных и разгрузочных пунктов. При весьма высоких начальных капиталовложениях и относительно небольших эксплуатационных затратах на транспортировку 1 т ТБО эти альтернативные системы удаления ТБО тем быстрее окупаются, чем больше дальность и объемы перевозимых отходов [39]. Так, по данным [36–49], перевозка 1 т ТБО железнодорожным транспортом в вагоне грузоподъемностью 50 т дороже в 2 раза, чем в вагоне грузоподъемностью 100 т. Удорожание перевозки на расстояние в 240 км составляет всего 20–30 % по сравнению с перевозкой на расстояние 80 км. При этом перевозка на расстояние менее 80 км автомобильным транспортом дешевле, чем железнодорожным [45–49].

Водный транспорт достаточно эффективно используется в Нью-Йорке, Лондоне, Гамбурге, Антверпене и многих других городах. Так, по данным T. Hanton, через перегрузочную станцию в Лондоне на р. Темзе в 90-х годах прошлого века вывозилось более 700 тыс. т отходов в год. Водный транспорт при перевозке отходов эффективен в случаях больших грузопотоков (сотни тысяч тонн), большой дальности перевозок и круглогодично используемых терминалов [50].

Л.Г. Федоров, проводивший исследования сравнительной эффективности использования различных видов транспортных средств для удаления ТБО из крупных городов, отмечает, что в зарубежной практике принято экономически целесообразным применять железнодорожные вагоны при дальности транспортировки на расстояния, превышающие 150 км при объемах ежедневных перевозок не менее 1 тыс. т. При этом стоимость перевозок водным транспортом ниже на 30 % по сравнению с железнодорожным. При перевозке на 100 км величины транспортных затрат железнодорожным и водным транспортом примерно равны аналогичным на автомобильном транспорте [39].

Как при прямом, так и при двухэтапном вывозе ТБО при раздельном сборе отходов необходимо применять специализированные транспортные средства, исключающие перемешивание раздельно собранных фракций. Обычно при этом используется высокопроизводительная транспортная техника различной вместимости и грузоподъемности, специализированная для вывоза определенных фракций отходов, что позволяет улучшить техникоэкономические и экологические характеристики всей транспортной системы

[33, 39, 43, 44, 51].

85

3.2. Решение задач оптимизации двухэтапной системы удаления ТБО. Целесообразность строительства мусороперегрузочных станций

Двухэтапная система удаления ТБО в крупных городах и городских агломерациях по своим параметрам, структуре и масштабности относится к большим многофакторным системам, оптимизация которых в смежных областях науки и техники обычно проводится с применением комплекса методов математического моделирования [39].

Высокая затратность и ресурсоемкость двухэтапной системы удаления ТБО от мест их образования для объектов инфраструктуры по дальнейшему обращению с ними и далее до мест их утилизации и окончательного размещения неутилизируемых остатков в объектах окружающей среды определяют необходимость выбора адекватных технологических схем, оборудования, машин и механизмов и оптимизации системы удаления отходов как одного из важных и высокозатратных элементов всей системы обращения с ТБО.

В России до конца прошлого века системы двухэтапного удаления отходов разрабатывались и реализовывались в рамках проектов санитарной очистки населенных мест на основе эмпирических подходов – практического опыта без использования современных методов математического моделирования, совместного решения логистических и транспортных задач, управления техническими и бизнес-процессами с применением современных информационных технологий.

Вместе с тем в развитых странах (США, Германия, Франция) еще в 70-х годах прошлого века достаточно успешно применялись методы математического моделирования при оптимизации систем удаления ТБО. В частности, использовались экономико-математические модели и методы, модели размещения объектов по сбору, перегрузке, сортировке, утилизации и захоронению ТБО на плоскости и сети, модели линейного, целочисленного, параметрического программирования для решения задач оптимального размещения объектов санитарной очистки населенных мест на основе компромиссных решений между снижением затрат на сооружение и эксплуатацию объектов инфраструктуры системы удаления ТБО и минимизации транспортных издержек

[39, 44, 45, 51–53].

Особенно много исследований по методическим и практическим вопросам разработки маршрутов и пунктов сбора отходов, систем выбора маршрутов удаления отходов, моделям образования отходов, оптимизации транспортных задач по удалению отходов было проведено в 80-х годах прошлого века в США [40, 54–58]. До настоящего времени не потерял своей актуальности обзор исследований по разработке систем удаления отходов, выполненный Д.Ф. Хадсоном и Д.Х. Марксом [59].

86

Анализ работ [40, 54–59] позволяет сделать вывод о том, что выполнение целевой функции – обеспечение заданных условий по сбору и удалению отходов в заданное время, в наименьший срок, с минимальным числом транспортных средств и персонала по их обслуживанию, с наименьшими экономическими затратами и минимальным негативным воздействием на окружающую среду – возможно путем улучшения работы всей системы управления движением отходов на основе оптимизации ее отдельных элементов путем решения конкретных практических задач, например, таких как: оптимальное районирование обслуживаемой территории; использование моделей образования отходов, позволяющих учитывать неравномерность их образования по территории и времени года; разработка макро- и микромаршрутов удаления отходов; выбор транспортных средств и численности обслуживающего их персонала; оптимальное размещение объектов обращения с отходами (МПС, МСП, объектов переработки отходов, их утилизации, уничтожения и захоронения).

Для определения взаимного оптимального размещения МПС и объектов по переработке ТБО успешно использовался алгоритм Бейкера, позволявший учитывать их производительность, численность населения в конкретных районах сбора отходов, обслуживаемых этими объектами, а также решать транспортные задачи с учетом затрат на удаление отходов, времени перевозки ТБО от мест образования до каждого объекта системы по обращению с отходами и между ними, текущих расходов по каждому объекту системы [60]. Вместе с тем алгоритм Бейкера позволяет получить только ориентировочные результаты по выбору наименее затратного решения, так как не учитывает стохастический характер процесса образования ТБО, изменение их морфологии и влажности по сезонам года, экологические факторы.

Известно применение модели Шульца по размещению объектов инфраструктуры системы удаления отходов на плоскости, позволяющей находить место размещения МПС путем минимизации суммарного взвешанного расстояния от мест образования ТБО до МПС. Результаты, полученные по этой модели, также требуют корректировки, так как расстояния определяются не фактически по дорожной сети и установленным маршрутам, а по минимальному радиусу. Недостаточно учитываются и экономические показатели (различия в капитальных и эксплуатационных затратах на выбранных объектах) [61].

Модель Вебера (размещение объекта на плоскости путем минимизации суммы взвешанных расстояний от выбранной до заданных точек) позволяет путем использования иттерактивной процедуры (порядка десяти иттераций) решить оптимизационную задачу. При этом требуется уточнение, так как недостаточно учитываются экономические и экологические факторы [61].

Модель Д. Маркса позволяет решать задачи выбора точки расположения МПС на плоскости с учетом их производительности и минимизации суммар-

87

ных расходов (капитальных и эксплуатационных) на МПС, а также минимизировать транспортные затраты.

Американским агентством по охране окружающей среды (EPA) были выполнены работы по созданию программы WRAP на основе модели Валкера, позволяющей учитывать динамику изменения объемов образования ТБО, капитальные и эксплуатационные затраты всех объектов системы удаления отходов, решать транспортные задачи. Целевая функция, определяемая по этой программе, представляет сумму всех затрат (транспортных, капитальных и текущих на объектах инфраструктуры), получаемую на основе оптимальных оценок всех учитываемых параметров для заданных интервалов времени

сучетом поправок на инфляционные процессы [61].

ВРоссии и странах СНГ в 90-х годах прошлого века также проводились работы по созданию математических моделей по оптимизации систем удаления ТБО в крупных городах. Эти работы выполнялись в Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова Ю.А. Борисовым и Е.М. Букреевым (1982–1987 годы), в УкркоммунНИИпроекте (г. Харьков) В.Ф. Яровым (1981 год) и позволяли получить приближенный расчет экономической эффективности двухэтапного удаления ТБО с использованием МПС в зависимости от места расположения и их количества, экономию от перегрузки ТБО из собирающих мусоровозов в большегрузные транспортные средства, определить оптимальную производительность МПС [62–65].

Вместе с тем эти модели не учитывали большинство экологических факторов: используемые критерии и информация в основном были экономическими и техническими, а сами модели носили весьма упрощенный характер и были настолько формализованы, что не позволяли получать достаточно полную информацию, необходимую для решения практических задач. Из экологических факторов рассматривалось только снижение эмиссии загрязняющих веществ, что не позволяло оценить совокупный экологический эффект. Применяемые методические подходы для решения этих оптимизационных задач ограничивались в основном использованием упрощенных математических моделей, не позволяющих учитывать всю совокупность приоритетных факторов и оперировать разнородными критериями оптимизации. Практически не использовались современные методы и средства информационных и логистических технологий, которые весьма эффективно применяются в смежных областях науки и техники для решения подобного класса задач.

К настоящему времени известно много методов решения задач опти-

мального планирования объектов санитарной очистки населенных мест и территорий в целом и размещения МПС в частности. Для принятия предварительных ориентировочных решений, в случаях, когда не требуется достаточно подробная исходная информация и допускается известная приблизи-

88

тельная точность характеристик планируемых объектов, используют эвристические методы, где важная роль отводится экспертным оценкам. При принятии более конкретных решений, где требуется достаточно высокая достоверность исходной информации, применяют экономико-математические модели и методы. Среди них можно выделить три группы: модели размещения на плоскости; модели размещения на сети; имитационные модели.

Модели размещения на плоскости делят на две группы – оптимизационные и неоптимизационные. Они довольно часто используются в случаях, когда допустима высокая степень формализации объекта планирования и получаемые результаты требуют дальнейшего уточнения при принятии управленческих решений.

В случаях планирования санитарной очистки населенных мест имитационные модели используются относительно редко. Модели размещения на сети достаточно часто используются при решении конкретных вопросов, в частности при решении задач удаления ТБО, размещения МПС, оптимизации систем обращения с ТБО в целом.

Модели размещения на сети делят на три группы – линейного, целочисленного и параметрического программирования.

На кафедре охраны окружающей среды ПНИПУ в 1995–2005 годы в рамках разработки комплексных городских и региональных программ по санитарной очистке от ТБО были проведены исследования по использованию многофакторных кластерных математических моделей, современных программных средств, элементов ГИС-технологий, логистических и информационных технологий для оптимизации систем обращения с отходами на различных уровнях – муниципальных, межмуниципальных и региональных на примере г. Перми, других населенных мест, а также всего Пермского края

[67–70].

При этом для решения задач по оптимизации системы обращения с отходами нами использовались комплексные критерии, включавшие экологические, социальные и экономические показатели.

Кэкологической части этих комплексных критериев относились показатели, обеспечивающие заданный уровень экологической безопасности системы обращения с отходами за счет снижения до приемлемого уровня эмиссии загрязняющих веществ и шумового воздействия, уменьшения транспортных нагрузок на улично-дорожной сети внутри населенных мест и магистралях за их пределами, сокращения задолженности земельных территорий под объекты инфраструктуры системы, включая места окончательного размещения неутилизированных отходов путем их захоронения.

Кэкономической части этих комплексных критериев относились минимизация приведенных затрат (капитальных и эксплуатационных) на всех объ-

89

ектах инфраструктуры системы обращения с отходами путем улучшения характеристик их производственных функций, снижения потребления и задалживания материальных (вещественных) ресурсов, энергопотребления и трудовых затрат, безопасных и комфортных условий труда персонала.

К социальной части этих комплексных критериев относились учет отношения населения (общественности) к разработке (модернизации) систем обращения с отходами, участия населения в реализации этих систем на этапах выбора участков для размещения объектов инфраструктуры системы, участия в раздельном сборе отходов, реализации программ по минимизации образования и управления качеством образующихся отходов, предотвращения возникновения социальной напряженности. Важно отметить, что соблюдение приоритетности учета социальных факторов позволяет более эффективно в экологическом и экономическом отношениях оптимизировать функционирование системы обращения с отходами в целом.

С учетом того, что решение задач по оптимизации систем удаления отходов должно проводиться в рамках оптимизации всей системы обращения с отходами, нами в рамках оптимизации подсистемы удаления отходов были приняты допущения по возможности опережающего решения отдельных задач с тем, чтобы полученные результаты могли учитываться при решении общей задачи по оптимизации всей системы обращения с отходами и уточняться по мере необходимости при получении всего необходимого объема информации.

Всвязи с тем, что системы удаления отходов из населенных мест могут быть реализованы по различным сценариям в зависимости от ряда местных условий (крупности населенных пунктов, плотности и характера застройки территорий, числа обслуживаемых системой жителей, наличия и характера мест компактного образования отходов, удаленности объектов инфраструктуры по обращению с отходами от мест их образования, наличия резервных территорий, экономических, социальных и иных условий и т.п.) в виде как прямого, так и двухэтапного и смешанного удаления отходов, а сами системы удаления отходов могут изменяться во времени в зависимости от изменения местных условий, нами были определен круг первоочередных задач, которые должны быть решены в ходе разработки системы удаления ТБО.

Вчастности, в число таких задач входят:

– определение границ и площадей территорий сбора ТБО с характеристиками объема и качества образующихся отходов, характера и степени контейнеризации и иных исходных данных для организации в зависимости от принятой (заданной) или разрабатываемой системы удаления ТБО. В случаях прямого удаления ТБО определяются границы и площади территорий сбора ТБО по населенному пункту в целом, а при двухэтапном или смешанном типе

90