Світовий досвід показує, що управління відходами складний процес, що включає правові, технічні, економічні та екологічні аспекти. Для створення сучасної системи управління відходами в Росії необхідно розробити і прийняти цілу низку законів і нормативних документів, а також організувати економічно ефективне і екологічно безпечне управління твердими побутовими відходами (ТПВ) на території кожного регіону і населеного пункту. Проведено аналіз відомих моделей управління ТПВ та запропоновано їх класифікацію на організаційно-адміністративні, технологічні та математичні. З урахуванням вітчизняних і зарубіжних розробок в області моделювання регіонального управління ТПВ запропонована інтегрована модель, що враховує життєвий цикл відходів, Ієрархію управління і багатоцільовий генетичний алгоритм як метод оптимізації. Модель є найбільш повною з усіх відомих і дозволяє кількісно оцінити матеріальні, енергетичні, економічні та екологічні параметри при тому чи іншому сценарії управління відходами, порівняти існуючі та плановані схеми поводження з відходами та вибрати оптимальну

Анотація наукової статті з економіки і бізнесу, автор наукової роботи - Волинкіна Е. П., Кузнєцов С. Н.


The analysis of waste control models and the development of an integrated model for the regional solid domestic waste control

The world experience shows that waste control is a complex process involving legal, technical, economic and environmental aspects. To create a modern waste control system in Russia it is necessary to develop and adopt a series of laws and regulations, as well as to organize cost-effective and environmentally sound control of municipal solid waste (MSW) on the territory of each region and locality . This article gives the analysis of the known models of solid domestic waste control and their classification on institutional, technological and mathematical ones. On the base of Russian and foreign developments in the field of modeling of regional solid domestic waste control an integrated model is proposed, which takes into account the life cycle of waste control, waste control hierarchy and multi-purpose genetic algorithm as the optimization method. This model is the most complete of all the known ones and gives the quantification of the material, energy, economic and environmental parameters in a given waste control scenario, to compare existing and planned waste control schemes and choose the best ones.


Область наук:

  • Економіка і бізнес

  • Рік видавництва: 2013


    Журнал: Вісник Сибірського державного індустріального університету


    Наукова стаття на тему 'Аналіз моделей управління відходами та розробка інтегрованої моделі для регіонального управління твердими побутовими відходами'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз моделей управління відходами та розробка інтегрованої моделі для регіонального управління твердими побутовими відходами»

    ?АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ

    УДК 628.474.76

    Є.П. Волинкіна1, С.Н. Кузнецов2

    1Сібірскій державний індустріальний університет 2Адміністрація р Новокузнецька

    АНАЛІЗ МОДЕЛЕЙ УПРАВЛІННЯ ВІДХОДАМИ І РОЗРОБКА ІНТЕГРОВАНОЇ МОДЕЛІ ДЛЯ РЕГІОНАЛЬНОГО УПРАВЛІННЯ ТВЕРДИМИ побутовими відходами

    Зростаюча кількість і ускладнення морфологічного складу твердих побутових відходів (ТПВ) привело людство до усвідомлення необхідності управління потоками відходів. Термін «Waste Management» (рус. - «управління відходами»), широко використовуваний в зарубіжній практиці, означає організацію поводження з відходами з метою зниження їх впливу на здоров'я людини і стан навколишнього середовища [1]. Дане визначення містить чітке формулювання мети управління відходами. У вітчизняній науковій літературі та нормативної документації визначення терміна «управління відходами» відсутній, а на практиці використовується термін «поводження з відходами», визначення якого дано в федеральному законі РФ № 89-ФЗ «Про відходи виробництва та споживання»: діяльність по збору, накопичення , використання, знешкодження, транспортування, розміщення відходів »[2]. Це визначення не вказує на необхідність будь-якого управління цією діяльністю. Ближче до терміну «управління відходами» визначення терміна «поводження з відходами» дано в міждержавному стандарті ГОСТ 30772 - 2001 [3], метою якого є гармонізація термінів з міжнародної, регіональної і вітчизняній правовій нормативною документацією: «поводження з відходами - види діяльності, пов'язані з документально оформленими організаційно-технологічними операціями регулювання робіт з відходами, включаючи попередження, мінімізацію, облік і контроль освіти, накопичення відходів, а також їх збір, розміщення, утилізацію, знешкодження, транспортування, зберігання, захоронення, знищення та транскордонні переміщення ». Це визначення вказує на те, що поводження з відходами включає крім безпосередніх технологічних робіт з відходами (збирання, розміщення та ін.) Організаційно-технологічні-

    дещо регулювання цих робіт, в тому числі попередження, мінімізацію, облік і контроль їх утворення. Мета регулювання в даному визначенні не сформульовані.

    У зв'язку з відсутністю будь-якої теоретичної і законодавчої бази в галузі управління відходами в Росії термін «управління відходами» найчастіше просто замінює термін «поводження з відходами» і позначає процеси розпорядження відходами, включаючи збір, транспортування, переробку або поховання (сьогодні будь-який водій сміттєвоза або двірник може сказати, що він бере участь в системі управління відходами). Однак результати, досягнуті в цій галузі в європейських країнах, для Росії продовжують залишатися недосяжними.

    Необхідність створення системи управління відходами усвідомлюється сьогодні вченими, політиками і практиками усіх країн світу. У прийнятій 15 липня 1975 р Директиві № 75/442 / ЄЕС (так званої «Рамкової директиви»), що є першим законодавчим документом в галузі управління відходами, вперше сформульовані і законодавчо закріплені принципи поводження з відходами у вигляді ієрархії управління відходами.

    Ієрархія управління відходами (універсальна модель поводження з будь-яким видом відходів) являє собою класифікацію дій з відходами за ступенем їх пріоритетності з точки зору мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище і здоров'я людини і побудована на наступних принципах:

    - запобігання або зниження утворення відходів;

    - поділ відходів у джерела їх утворення;

    - вторинне використання відходів шляхом повернення в виробничий процес;

    - рециклинг (обробка відходів з метою отримання з них нових видів сировини або продукції);

    - знешкодження відходів з метою зниження їх небезпеки для природного середовища;

    - захоронення відходів (найменш краща альтернатива управління відходами).

    При складанні міжнародних і національних планів і стратегій поводження з відходами законодавство ЄС наказує керуватися цією ієрархією відходів. Розвиток спеціальних технологій переробки та утилізації відходів дозволило розширити і конкретизувати цю ієрархію щодо твердих побутових відходів, які називаються за кордоном муніципальними (рис. 1).

    Європейський досвід показує, що управління поводженням з побутовими відходами - складний процес з багатьма залученими сторонами, який включає в себе правові, технічні, економічні та екологічні аспекти. Ефективне управління поводженням з відходами, що забезпечує досягнення поставлених цілей, має здійснюватися відповідно до теорії управління, згідно з якою управління - це система різних форм і методів впливу суб'єкта управління на об'єкт управління для досягнення поставлених цілей [4]. В системі управління відходами об'єктом управління є всі процеси поводження з відходами, певні вище. Суб'єктом управління (тобто керуючою системою) є уповноважені державні, регіональні та муніципальні органи, що забезпечують процес управління. Системою управління відходами можна назвати такий процес взаємодії об'єкта управління і керуючої системи, який приводить до досягнення поставленої мети управління. Пріоритетною метою управління відходами є мінімізація негативного впливу відходів на навколишнє середовище і

    Мінімізація освіти у джерела (запобігання утворенню)

    Повторне використання

    Переробка в сировину і продукти

    компостування

    \ Спалювання або поховання с / \ отриманням енергії /

    \ Поховання без отримання / \ енергії /

    Спалювання без \ отримання / \ енергії /

    Мал. 1. Ієрархія управління муніципальними відходами

    здоров'я людини. Однак система управління побутовими відходами включає також важливі економічні питання: витрати і окупність для інвесторів, витрати і тарифи для органів влади і населення. Тому ще однією важливою задачею є мінімізація витрат.

    У федеральному законі ФЗ-89 визначені повноваження суб'єктів управління відходами в Росії (керуючих систем) на кожному рівні управління. Зокрема, повноваження РФ (тобто федерального рівня) включають, перш за все, розробку і прийняття федеральних законів та інших нормативних актів та здійснення державного нагляду в галузі поводження з відходами. У повноваження суб'єктів РФ входять розробка і реалізація регіональних програм у сфері поводження з відходами та державний нагляд на об'єктах регіонального екологічного нагляду. Основні ж повноваження в сфері організації поводження з відходами передані органам місцевого самоврядування: організація збору, вивезення, утилізації та переробки побутових і промислових відходів.

    Для ефективного функціонування система управління відходами повинна базуватися, перш за все, на правовій основі, яка повинна бути забезпечена на федеральному рівні управління. У розвинених країнах правовою основою управління відходами є цілий пакет законодавчих і нормативно-правових документів (рис. 2).

    Як видно з наведеної схеми, для створення сучасної системи управління відходами в Росії необхідно розробити і прийняти цілу низку законів і нормативних документів, які можна розділити на чотири основні групи:

    - базові закони;

    - закони і правила по окремих видах відходів;

    - закони, що регулюють процеси переробки та захоронення відходів;

    - закони з нагляду і контролю за переміщенням відходів.

    Ці закони повинні забезпечувати досягнення цілей управління відходами - екологічну безпеку і економічну ефективність.

    Однак крім законодавчої бази необхідно організувати економічно ефективне і екологічно безпечне поводження з відходами на території кожного регіону і населеного пункту.

    В органах місцевого самоврядування організацією управління ТПВ займаються, як правило, відділи або комітети, відповідальні

    Директиви по окремим категоріям відходів

    - відходи відпрацьованих масел і нафтопродуктів (Директива 75/439 / ЕЕС

    від 16.06.1975 р); - відходи, що утворюються в промисловості з виробництва діоксиду титану (Директива 78/176 / ЕЕС від 20.02.1978 р .; Директива Ради 82/883 / ЕЕС від 3.12.1982 р);

    - відходи від очищення стічних вод Директива 86/278 / ЄЕС від 12.06.1986 р);

    -упаковка і пакувальні відходи (Директива Європарламенту та Ради 94/62 / ЄС від 20.12.1994 р);

    - відходи, що містять ПХБ і ПХТ (Директива Ради 96/59 / ЄС від

    16.09.1996 р);

    - просування екотоварів (Регламент Європейського Парламенту та Ради 1980 /

    2000 від 17.07.2000 р);

    - відпрацьовані транспортні засоби (Директива Європарламенту та

    Ради 2000/53 / ЄС від 18.09.200 р .; Директива Європейського Парламенту та Ради 2005/64 / ЄС від 26.10.2005 р);

    - відпрацьоване електричне та електронне обладнання (Директива

    Європарламенту та Ради 2002/96 / ЄС від 27.01.2003 р);

    - відходи гірничодобувної та гірничозбагачувальної промисловості

    (Директива Європарламенту та Ради 2006/21 / ЄС від 15.03.2006г.);

    - батареї та акумулятори (Директива 91/157 / ЕЕС від 18.03.1991 р .; Директива

    Європейського Парламенту та Ради 2006 / _66 / ЄС від 6.09.2006 р.) _

    Базові закони в галузі поводження з відходами

    Рамкова Директива по Відходам (1975 г.), перевидана в 2006 р .;

    Директива Європарламенту та Ради по Відходам 2006/12 / ЄС від 5 квітня 2006 р .; Директива Ради по Небезпечним Відходам 91/689 / ЕСС

    від 12 грудня 1991 р .; Регламент (ЄС) Європейського парламенту та Ради №

    2150/2002 від 25.11.2002 «Про статистику відходів»; Директива Європейського Парламенту та Ради 2003/4 / ЄС від 28.01.2003 «Про доступ громадськості до екологічної інформації»; Директива Ради 96/61 / ЄС від 24.09.1996 р «Про комплексний запобігання та контролі забруднень».

    Транспортування, імпорт і експорт відходів

    Правила 259/93 «Нагляд і контроль за переміщенням відходів»,

    Постанова Європарламенту і Ради (ЄС) № 1013/2006 від 14 червня 2006 р транспортуванні відходів

    Директиви по методам регулювання процесів переробки і захоронення відходів

    Директива Ради 99/31 / ЄС від 26.04.1994 р «Про поховання відходів на полігонах»;

    > Директива 89/469 / ЕЕС і 89/369 / ЕЕС «Спалювання муніципальних відходів»;

    Директива Ради та Європарламенту 2000/76 / ЄС від 4.12.2000 р про спалювання відходів;

    Директива Європейського Парламенту та Ради 2001/80 / ЄС від 23.10.2001 р «Про обмеження викидів деяких забруднюючих речовин в атмосферу з великих сжігательнихустановок»

    Мал. 2. Законодавчі та нормативно-правові документи ЄС в галузі поводження з відходами

    в цілому за ЖКГ, змушені вирішувати безліч інших проблем в цій галузі і не мають достатнього часу і фахівців для створення ефективної та екологічно безпечної системи управління ТПВ на своїй території. Тому актуальною науковою задачею є створення універсальних типових моделей управління ТПВ, які можуть бути використані в будь-якому регіоні або населеному пункті.

    Для розробки ефективних систем управління використовується моделювання реальних процесів, при цьому головною характеристикою моделі є спрощення реальної життєвої ситуації, до якої вона застосовується.

    Існуючі в даний час моделі управління ТПВ можна розділити на три групи:

    - організаційно-адміністративні (регулюють);

    - технологічні;

    - математичні (економіко-математичні, еколого-математичні, інтегральні (комплексні)).

    У вітчизняній науковій та спеціальній літературі основна увага приділена розробці організаційно-адміністративних моделей управління ТПВ, заснованих на використанні організаційних і розпорядчих відносин між учасниками процесу поводження з відходами. Прикладом такої моделі є організаційна і функціональна модель системи комплексного управління відходами (СКУО) на території Ханти-Мансійського автономного округу [5], розроблена спільно з Берлінським технічним університетом (рис. 3). Ця модель включає суб'єкти, які беруть участь в управлінні відходами, і їх функції.

    Автором роботи [6] запропонована державно-концесійна модель управління сферою поводження з відходами, що передбачає поєднання державної централізації управління з залученням приватних інвестицій (рис. 4). Ця модель включає чотири функціональних блоку (який регулює, технологічний, консультаційний та утилізаційний), їх функції, а також класифікує

    Мал. 3. Організаційна та функціональна модель СКУО [5] - 50 -

    -управління

    - організація

    - контроль розробка тарифів

    - договірна діяльність

    Спеціально-уповноважений регіональний орган влади

    - збір

    - транспортування

    - сортування -Розміщення і т.д.

    розробка нормативів

    - екологічне супровід

    - консультаційні послуги

    - будівництво -реконструкція

    - модернізація

    Регіональне унітарне підприємство Приватні інвестори РУП «Звернення відходів»

    функціональні блоки

    реалізовані функції

    Суб'єкти управління та організації

    Мал. 4. Державно-концесійна модель управління сферою поводження з відходами [6]

    суб'єкти управління відходами на державні регіональні організації, унітарні та приватні підприємства.

    До організаційно-адміністративних моделям можна віднести і розроблену ФГУП «Федеральний центр благоустрою та поводження з відходами» [7] схему взаємодії учасників процесу поводження з відходами (рис. 5), в якій ключову роль відіграє реалізація комплексу організаційно-управлінських заходів.

    Технологічні моделі включають комплекс технологічних і технічних рішень в сфері поводження з відходами на різних етапах життєвого циклу відходів. Прикладом технологічної моделі є схема комплексного управління ТПВ, розроблена авторами роботи [8] (рис. 6). В якості критеріїв оптимізації управління ТПВ запропоновані ступінь утилізації відходів і сумарні витрати на збір і транспортування відходів.

    Мал. 5. Схема взаємодії учасників процесу поводження з відходами [7]

    контейнери-

    Механічна сортування Ручне сортування

    I I К 1 {Т ^ ГТ

    Чорні Кольорові Фракція - Горюча Макулатура ПЕТФ Полімерна Текстиль Скло 60 мм фракція

    метали

    метали

    Поховання Переробка в вироби

    будівельного призначення

    ферментація

    -Сортування.

    Т1

    термічна переробка

    Шлаки

    пакетування р

    Готова продукція

    у

    димові

    Компостування (використання в квітникарстві, в технології звалищ)

    Поховання ^ ^

    Утилізація Газоочистка енергії ^

    відходять

    механізована

    сортування? 1 ?

    Чорні Кольорові Хвости метали метали

    брикетування компак-

    I

    Готова продукція

    тирование

    Видалення (на поховання)

    пил < 10 мг / м НС1< 10 мг / м3 НЕ < 1 мг / м3 SO2< 50 мг / м3 Діоксини < 0,1 нг / м3 N0 ^ - 200 мг / м3 СО < 50 мг / м3 Hg< 0,005 мг / м3

    Мал. 6. Технологічна

    Організаційно-адміністративні та технологічні моделі є інформаційними, допомагають реалізувати комплекс організаційно-управлінських заходів в регіоні і отримувати інформацію про деякі технології утилізації відходів, але вони не дозволяють провести порівняння альтернативних схем управління відходами та вибір оптимальної схеми для конкретного регіону з урахуванням кількісно певних економічних і екологічних наслідків. Цієї мети можна досягти, використовуючи ряд математичних (аналітичних) моделей, заснованих на економічному, екологічному або інтегральному підходах.

    Інтегральна модель розвитку еколого-економічних систем в сфері поводження з відходами споживання (рис. 7) розроблена в Саратовському державному технічному університеті, особливу увагу в ній приділено оцінці інтегрованого еколого-еко-кого ризику [9]. Ця модель включає формули для розрахунку еколого-економічної ефективності систем поводження з відходами, але не включає цілий ряд екологічних та енергетичні показники, не дозволяє приймають

    [Ь управління ТПВ [8]

    рішення зробити всебічно обгрунтований вибір прийнятною стратегії поводження з відходами в регіоні, включаючи вибір техніки і технологій.

    Авторами роботи [10] на основі методології життєвого циклу відходів розроблена модель управління відходами в м Іркутську. На рис. 8 схематично зображено концепція проведення оцінки життєвого циклу (LCA,) у вигляді системи з вхідними потоками (природні ресурси і енергія) і вихідними потоками (викиди (скиди), продукція). На основі запропонованої моделі були розроблені три сценарії поводження з відходами в м Іркутську і виконана їх порівняльна екологічна оцінка.

    В цілому всі вітчизняні моделі є автономними інструментами, не містять інструментів кількісної оцінки параметрів оптимізації і не можуть бути ефективно використані в повсякденній практиці управління відходами.

    За кордоном розроблено цілий ряд економіко-і еколого-математичних моделей управління муніципальними відходами. метою біль-

    Екологічна ефективність Інтегрований ризик

    H

    -ZZ

    Z Rk Yc) + Е Rr (Ym) + Z Y

    де Нр - інтегрований ризик; - ризик соціального збитку до-о виду в] -й зоні ризику при реалізації / -о вражаючої дії; ЯуГ (Гм) - ризик матеріального збитку г-о виду в] -й зоні ризику при реалізації / -о вражаючої дії; Яу№е) - ризик екологічного збитку / -о виду в] -й зоні ризику при реалізації ьо вражаючої дії; Yм, Yе - матеріальної та екологічної шкоди; Як і Yмк

    - ризик збитків і шкоди від можливих травм к-го ступеня тяжкості; п-число можливих вражаючих факторів, що формуються в результаті реалізації на об'єкті існуючих небезпек (пожежа, викиди і т.д.); т - число розглянутих зон ризику, розташованих в межах кола ймовірного ураження; а - число видів соціального збитку (летальні випадки, ураження різного ступеня тяжкості); ю - число складових матеріального збитку; g

    - число складових екологічного збитку; Р (Е - потенційний ризик виникнення надзвичайної ситуації для реципієнтів виду Е.

    механізми реалізації

    Пільгове кредитування і лізинг

    Добровільне і

    обов'язкове страхування

    механізми концесії

    Правові, економічні та інші інструменти

    Еколого-економічна ефективність Цільова функція

    Z [(Ot + U, -З,) (l-yH, Х1-? У *) - Зм, Н "-HS-HR-ЕінК ± АЗдр,] (1 + Е)" '^ max,

    П =

    t = 0

    де П - прибуток, що залишається в розпорядженні об'єкта в сфері поводження з відходами споживання; К - величина капітальних вкладень; Еін - коефіцієнт ефективності капітальних вкладень в даному варіанті, його економічна сутність показує величину чистого прибутку на 1 вкладену гривню, що забезпечує конкуренцію підприємства в ринкових умовах; Т - період функціонування об'єкта; t - поточний рік; і - дохід від реалізації продукції; З ^ - щорічні витрати виробництва, що відносяться на собівартість; Нр - інтегрований ризик віддалених наслідків; ун1 - функція, що враховує систему федеральних, регіональних і місцевих податків; Сунь - функція, що враховує умови участі засновників та інвесторів в розподілі прибутку; ЗМ1 - матеріальні та інші витрати, які не включаються до собівартості; Нз1 - вартість земель, виведених з сільськогосподарського обороту; - сумарні додаткові платежі, які включають плату за кредит, плату за понадлімітне забруднення навколишнього середовища та інші; ДЗдр1 - витрати на відповідні заміщаються виробництва і системи, що забезпечують порівнянність порівнюваних результатів; Е - норма дисконту.

    Економічна ефективність

    Чиста поточна вартість (ЧДД, NPV)

    1

    ЧДД

    Z (R, - Зt)

    (1 + E) t '

    де Rt - результати, що досягаються на, -м кроці розрахунку;

    3t - витрати, здійснювані на тому ж кроці розрахунку; Т - горизонт розрахунку; Е - норма дисконту. Індекс прибутковості (ІД, IR)

    1 T 1

    ВД = -У (R -З,)--.

    KY (1 + E) '

    Внутрішня норма прибутковості (ВНД, IRR)

    R, - з +

    -Z

    до,

    1 = 0 (1 + Е вн) t + Е вн) ^

    де К - капіталовкладення на 1-му кроці; З1 - витрати на 1-му кроці за умови, що в них не входять капіталовкладення. Термін окупності (Р)

    Р

    Е

    ц.р.

    де К - капіталовкладення, Ес.г. - середньорічний економічний ефект.

    t - про

    Мал. 7. Інтегральна модель розвитку еколого-економічних систем в сфері поводження з відходами споживання [9]

    Мал. 8. Концепція ОЖЦ системи управління відходами [10]

    шинства зарубіжних моделей управління відходами є допомога приймають рішення. У більшості випадків розроблені моделі включають систему комп'ютерних інтегрованих інструментів, здатних допомогти який планує і приймає рішення на різних етапах проектних процедур. Такі моделі є по суті системою підтримки прийняття рішень на підставі економічної та екологічної доцільності. Вони дозволяють кількісно оцінити з екологічної та економічної точок зору наслідки прийнятого рішення і зробити оптимальний вибір.

    Найбільш відомими за кордоном є моделі, розроблені Sprague і Watson (1996), Chang (1996), MacDonald (1996), Sudhir (1996), Bhargava (1997), Hasstrup і ін. (1998), Boyle і Baetz (1998), Fiorucci (2003), Diaz і ін. (2005), Simonetto і Brenstein (2007), Galante (2010) [11]. На рис. 9 показана використовувана в даних моделях базова структура системи прийняття рішень, що включає три основних компоненти.

    Стандартне економічне моделювання дозволяє знайти мінімально витратна рішення, нехтуючи іншими важливими завданнями, такими як екологічні аспекти (наприклад, полігон часто представляє найбільш зручне за витратним критерієм рішення, але, як правило, є найменш бажаним з екологічної точки зору).

    Chang розробив нелінійну модель, що дозволяє врахувати в розрахунку потоки відходів на декількох етапах життєвого циклу, включаючи збір, сміттєперевантажувальної станції, мусоро-сортувальні установки, полігони і сміттєспалювальні заводи [12]. Fiorucci запропонована квадратична модель, що враховує морфологічний склад відходів і дозволяє вибрати оптимальне місце для установок переробки відходів з точки зору мінімізації сумарних експлуатаційних витрат [13]. Sudhir запропонував модель збору відходів, що враховує економічні, екологічні, технічні та соціальні аспекти [14]. Galante запропоновано інтегральний підхід для мінімізації витрат і екологічного впливу, виміряного викидами [15].

    ІШаа ^^ Ша дані

    управління управління

    базами даних моделлю

    Модель

    інтерфейс користувача

    Користувач

    Мал. 9. Базова структура системи прийняття рішень для управління відходами [11]

    f

    вторинні матеріали

    J

    компост

    J

    Мал. 10. Система зв'язків інтегрованої моделі управління відходами [16]

    Екологічні моделі аналізу використовують методологію життєвого циклу для кількісної оцінки споживання енергії та викидів із зазначеного користувачем системи управління відходами. Розроблено [16] інтегрована еколого-аналітична модель управління відходами з використанням методології життєвого циклу відходів для оцінки кількості спожитої енергії і викидів в навколишнє середовище в реалізованої системі управління відходами. У цю модель закладені різні варіанти поводження з відходами: сортування відходів, рециклінг, компостування, анаеробне розкладання, отримання з відходів енергії, захоронення (рис. 10). Індикаторними параметрами моделі є споживання енергії, викиди в атмосферу забруднюючих речовин, включаючи парникові гази, важкі метали і стійкі органічні забруднювачі (діоксини і фурану). Модель реалізована на персональному комп'ютері.

    Для розробки повної моделі управління відходами необхідні великі знання і глибокий аналіз усіх аспектів поводження з відходами, включаючи характеристики і властивості відходів, технології їх переробки і утилізації, економічні та енергетичні витрати. Зазвичай приймає рішення не має детального розуміння всього циклу управління відходами та його наслідків для навколишнього середовища і здоров'я людини. Для вирішення цих завдань повинні бути задіяні комп'ютерні інструменти, а для розробки комп'ютерних програм повинні бути розроблені відповідні алгоритми і методики розрахунків.

    Chang і Wang (1996), MacDonald (1996), Bhargava і Tettelbach (1997), Hastrup (1998),

    Cheng (2003), Diaz (2005), Eugenio і Denis (2007), Paraskevopoulus (2008) використовували географічну інформаційну систему (ГІС) в розроблених моделях управління відходами [11]. У ГІС було використано програмне забезпечення для відображення на екрані географічної інформації (розташування об'єктів), а також для виведення на екран даних про кількість населення в регіоні, маршрут транспортної мережі по переміщенню відходів, точкових джерел забруднення повітря і води. Розроблене програмне забезпечення, інтегроване з ГІС, може допомогти користувачеві (приймає рішення представнику органів влади, інвестору або екологічному контролеру) в аналізі і порівнянні різних альтернатив збору і утилізації відходів для вибору оптимального і найбільш економічно ефективного варіанту. Warangkana Sornil [17] розроблена модель управління твердими муніципальними відходами з використанням багатоцільового генетичного алгоритму в якості методу оптимізації (рис. 11). Автором запропонована багатоцільова оптимізаційна модель з різними джерелами відходів і типами вторинної сировини, місцевої переробки, маршрутах транспортування відходів для оцінки кожного варіанту з точки зору собівартості системи і обсягів відходів, які направляються на поховання на полігон. У моделі запропоновані формули і рівняння для розрахунку кількості та витрат на кожному етапі життєвого циклу відходів: збирання та транспортування, сортування на Мусо-роперегрузочной станції, переробка, компостування, спалювання, поховання. Вихідними параметрами моделі є сумарні витрати

    - SS -

    Мал. 11. Графічна модель управління ТПВ на основі багатоцільового генетичного алгоритму [17]

    в конкретній системі управління відходами, сумарні доходи і собівартість (тариф). Ця модель була першим кроком в розробці методу еколого-економічного моделювання, спробою інтегрованого аналізу життєвого циклу відходів, оцінки екологічних і економічних показників системи управління відходами в межах географічної інформаційної системи.

    Генетичний алгоритм використовувався в управлінні відходами та іншими дослідниками, однак розроблені моделі враховували тільки один або два етапи в життєвому циклі ТПВ; наприклад, модель Karadimas враховувала лише збір і транспортування, а Chang - тільки розміщення відходів на полігонах.

    Авторами даної роботи з урахуванням вітчизняних і зарубіжних розробок в області моделювання регіонального управління ТПВ розроблена інтегрована (комплексна) модель, що враховує життєвий цикл відходів, Ієрархію управління і багатоцільовий генетичний алгоритм як метод оптимізації. Ця модель враховує різні варіанти поводження з відходами на кожному етапі життєвого циклу: збір, транспор-

    вання, сортування, перевантаження, переробку, компостування, спалювання, поховання з витяганням і без вилучення енергії. Структурна схема моделі і система зв'язків показані на рис. 12.

    Представлена ​​модель є найбільш повною з усіх відомих і дозволяє кількісно оцінити матеріальні, енергетичні, економічні та екологічні параметри при тому чи іншому сценарії управління відходами. Вихідними параметрами моделі є: кількість отриманих вторинних матеріальних ресурсів (ВМР), вторинного палива (RDF) або компосту, сумарні витрати, доходи, кількість витраченої і отриманої енергії, сумарні викиди в атмосферу, скиди стічних вод та кількість залишкових відходів, які направляються на поховання. Для проведення порівняльної оцінки і вибору системи управління ТПВ в регіоні запропоновані наступні критерії оптимізації (розташовані в порядку убування пріоритетності відповідно до ієрархією управління відходами):

    - мінімальна кількість захоронювати

    Мал. 12. Структурна схема і система <

    відходів і максимальне залучення вторинних ресурсів в господарський оборот;

    - максимальна енергетична ефективність;

    - мінімальна кількість викидів забруднюючих речовин в атмосферу і скидів стічних вод;

    - максимальна економічна ефективність.

    Запропонована модель описана алгоритмом, блок-схема якого представлена ​​на рис. 13.

    Модель може бути реалізована у вигляді програмного комплексу, доступного для звичайного користувача, що дозволить адміністраторам, інвесторам або органам екологи-

    ї моделі регіонального управління ТПВ

    чеського контролю швидко оцінити цікаві для них кінцеві показники, порівняти існуючі та плановані схеми поводження з відходами, вибрати оптимальну схему і оцінити її кількісні, економічні, енергетичні та екологічні параметри.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. В о л и н к и н а Є.П. Комплексна система управління відходами металургійного підприємства // Вісник Російської академії природничих наук. 2006. Т. 6. № 3. С.94 - 101.

    Мал. 13. Блок-схема алгоритму управління ТПВ

    2. Про відходи виробництва та споживання: федер. закон від 10 червня 1998 року, № 89-ФЗ // Відомості Верховної Ради України. 2012. № 9.

    3. ГОСТ 30772 - 2001. Ресурсозбереження. Поводження з відходами. Терміни та визначення: Міждержавний стандарт. -М .: ІПК Видавництво стандартів, 2002.

    4. Т а р а с і до В.П. Математичне моделювання технічних систем: навч. посібник. - М .: Дизайн-ПРО, 2004. - 640 с.

    5. Розробка постійно діючої Концепції Звернення з Відходами (ККО) для Ханти-Мансійська, Росія. Підсумкову доповідь // Електронний ресурс: матеріали конф. квіт. 2012, Ханти-Мансійськ. - Режим доступу: http://www.ugrasu.ru/uploads/ files / 1 Final Report WMC&Ymplementatio n.pdf (Дата обігу 10 червня 2013).

    6. Ч е п і г а П.Н. Удосконалення управління системою поводження з твердими відходами в Російській Федерації // Проблеми сучасної економіки. 2010. № 4 (36). С. 22 - 30.

    7. Формування регіональної отходопере-обробної індустрії програмно-цільовим методом // Електронний ресурс. Режим доступу: http://magichammer.ru /docs/prezent.pdf (Дата обігу 10 червня 2013).

    8. Ш у б о в Л.Я., С т а в р о в с ь к и й М.Є., Олекса й н і до А.В. Технології твердих побутових відходів: підручник / Под ред. Л.Я. Шубова - М .: Альфа-М: ИНФРА-М, 2011. - 400 с.

    9. К о л о т и р і н К.П. Управління розвитком еколого-економічних систем в сфері поводження з відходами споживання. Авто-реф. канд. дис. - Саратов. 2010. - 20 с.

    10. Т у л о х о н о в а А.В., У л а н о в а О.В. Сценарії оптимізації управління відходами // Тверді побутові відходи. 2012. № 11. С. 44 - 51.

    11. B a n i M.S., R a s h i d Z.A., H a m i d K.H.K. et al. The Development of Decision Support System for Waste Management: a Review // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2009. № 25. Р. 161 - 168.

    12. C h a n g N.B., W a n g S.F. The development of an environmental decision support system for municipal solid waste management // Comput., Environ., And Urban Systems. 1996. Vol. 20. № 3. Р. 201 - 212.

    13. F i o r u c c i P., M i n c i a r d i R., R o b b a M., S a c i l e R. Solid waste management in urban areas development and application of decision support system // Resources, Conservation and Recycling. 2003. № 37. Р. 301 -328.

    S u d h i r V., M u r a l e e d h a r a n V., S r i n i v a s a n G. Integrated solid waste management in urban India: a critical operational research framework // Socio-Economic Planning Sciences. 2002. № 30 (3). P. 163 -181.

    14. G a l a n t e G., A i e l l o G., E n e a M., P a n a s c i a E. A multi-objective approach to solid waste management // Waste Management. 2006. № 30. Р. 1720 - 1728.

    15. Measuring the environmental impact of waste management system. Електронний ресурс: Integrated solid waste management tools / University of Waterloo, Canada. - April, 2004. - Режим доступу: http://www.iwm-model.uwaterloo.ca/ISWM_Manual_July04.p df (Дата обігу 5 березня 2013).

    16. Warangkana Sornil. Solid Waste Management Planning Using Multi-Objective Genetic Algorithm. Електронний ресурс - Режим доступу: http://qa.nida.ac.th/fismain/mis/research /attach/579857.Solid%20Waste ... .Algorithm.p df (Дата обігу 5 березня 2013).

    © 2013 р Є.П. Волинкіна, С.Н. Кузнєцов Надійшла 19 вересня 2013 р.


    Ключові слова: МОДЕЛІ УПРАВЛІННЯ ТВЕРДИМИ побутовими відходами /ДОВКІЛЛЯ /ЕФЕКТИВНІСТЬ /ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА /ПРОГРАМНИЙ КОМПЛЕКС /MODELS OF SOLID DOMESTIC WASTE CONTROL /ENVIRONMENT /EFFICIENCY /ENVIRONMENTAL SAFETY /SOFTWARE PACKAGE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити